Die Piazza San Martino liegt im Zentrum von Lucca. Hier finden häufig Kulturevents und Veranstaltungen wie der Antiquitätenmarkt am dritten Samstag und Sonntag im Monat statt. Der Platz ist nach dem Dom benannt, der dem Heiligen Martin geweiht ist. Mit seiner asymmetrischen Fassade ist er der Blickfang auf der Piazza. Der Legende nach soll die Kirche im 6. Jahrhundert von San Frediano gegründet, 1060 von Anselmo da Baggio wieder aufgebaut und schließlich zwischen dem 12. und dem 13. Jahrhundert erneuert worden sein.
Die Fassade mit ihrem charakteristischen Stil der Luccheser Romanik stammt von 1204 und wird Guidetto da Como zugeschrieben. Das auffälligste Merkmal ist, dass die drei Hauptbögen, die von mächtigen Bündelpfeilern getragen werden, unterschiedlich breit sind. Eine weitere Besonderheit des Doms ist eine geheimnisvolle Figur auf dem Pfeiler, der den schmälsten Bogen der Fassade trägt. Diese erscheint wie ein Labyrinth mit einer allegorischen Darstellung an der Seite, die sich auf die Suche nach dem Ausgang aus der Welt der Dunkelheit bezieht.
Im Inneren der Kathedrale befinden sich wertvolle Kunstwerke wie das Grabmal der Ilaria del Carretto von Jacopo della Quercia aus dem Jahr 1408, die Madonna mit Kind und Heiligen von Domenico Ghirlandaio, das letzte Abendmahl von Jacopo Tintoretto und das sehr verehrte „Volto Santo“ (Heiliges Antlitz) von Lucca.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Doms befindet sich der Palazzo Bernardi, der nach einem Plan von Bartolomeo Ammannati in der Mitte des 15. Jahrhunderts realisiert wurde.