Le informazioni contenute nei documenti più antichi prodotti dall’Arcivescovado e conservati nell’Archivio storico diocesano di Pisa, siano esse di tipo diretto o indiretto, costituiscono pressoché le uniche che possediamo per ricostruire le origini del palazzo.

La prima attestazione della sede vescovile nell’attuale sede, presso la chiesa di San Giorgio de Ponte – antica chiesa situata all’interno della cerchia delle mura pre-comunali, consacrata ex novo nel 1106, oggi inglobata nell’ala sud del palazzo – è contenuta in un atto del 934 con il quale il vescovo Zenobio concesse un livello il cui censo doveva essere pagato a Pisa “ad curte vestra ad ecclesia Sancti Georgii” (ASDP, Diplomatico arcivescovile, n. 45). Nel X secolo la sede del vescovo si trovava separata dall’area della chiesa vescovile – attestata dall’VIII secolo con il titolo di “Santa Maria” nell’area denominata Catallo a nord-ovest della città – mediante la cerchia muraria altomedievale nella quale si apriva la “Porta Archiepiscopi”, documentata per la prima volta nel 1136 (ASDP, Diplomatico arcivescovile, n. 320).

Nelle date topiche delle pergamene del XII secolo troviamo numerose attestazioni riguardanti la domus (o palatium) archiepiscopi, che nel 1116 viene “noviter edificata”, tra il 1132 e il 1137  è dotata di un porticum, nel 1141 di un dormitorium e di un ballatoio esterno (quest’ultimo nel 1198 si trova ante camera dell’arcivescovo), nel 1157 – 1158 di una cappella archiepiscopi (che nel 1163 è descritta accanto alla camera dell’arcivescovo)  e una camera curiae, (ASDP, Diplomatico arcivescovile, nn. 251, 258, 288, 396, 397, 414, 445, 517). In conclusione possiamo affermare con certezza che il palazzo, dalla struttura muraria in cotto, pietra e legno, alla fine del XII secolo risultava così composto: al piano terra vi era un portico e gli ambienti di curia, mentre il primo piano era composto da un ballatoio, varie camere, una cappella e un dormitorio.

Alcuni studiosi ipotizzano che la sede vescovile sia sempre stata nell’attuale sede, all’interno della cinta muraria altomedievale (si veda G. Garzella “Pisa com’era: topografia e insediamento”, p. 123), mentre altri sono propensi a distinguere una più antica sede attigua alla cattedrale dalla più recente nell’attuale sede (ipotesi sostenuta da Sanpaolesi nel “Il Duomo di Pisa”, pp. 153 – 155).

Sempre le fonti documentarie registrano un temporaneo trasferimento alla fine del XIII secolo della sede vescovile dal palazzo alla chiesa di San Pietro in Vincoli, come risulta dai Sermoni di Federico Visconti, arcivescovo di Pisa dal 1253 al 1277, contenuti in un codice membranaceo, oggi conservato tra i manoscritti della Biblioteca Laurenziana di Firenze (si veda l’edizione critica dei sermoni a cura di Bériou N. et Le Masen de Chermont I., i sermoni nn. XIII (1264 o 1265), XXIV, XXV, pronunciati in San Pietro in Vincoli). Il dato è più volte confermato dai luoghi di redazione dei contratti rogati in quel periodo. Si veda per tutti la “Concessio feudi” del 29 novembre 1267, rogata a Pisa, “in camera ipsisus domini archiepiscopo, que est apud ecclesiam Sancti Petri ad Vincula” (ASDP, Diplomatico arcivescovile, n. 912).

Per iniziativa dell’arcivescovo Simone Saltarelli (1323 – 1342) si ebbero altre significative trasformazioni, come la costruzione della lunga ala meridionale del palazzo, addossata alla facciata della chiesa di San Giorgio: una struttura con copertura a capanna e ambienti riccamente dipinti, dei quali restano alcune tracce nei sottotetti. Altre testimonianze pittoriche trecentesche  – sedici edicole gotiche – si trovano nelle soffitte dell’ala occidentale.