I simboli usati dalla città nei primi anni dalla fondazione sono sconosciuti, sicuramente un simbolo al quale la città è storicamente molto legata è la Madonna, la cui immagine è riportata su molte monete antiche (a volte con Gesù bambino) e alla quale è anche dedicata la Cattedrale.

L’aquila è un altro simbolo della città spesso riportato su carteggi e monete e testimonia la fedeltà di Pisa all’impero. Oggi l’aquila su sfondo giallo è il simbolo dell’omonima provincia. Sempre in virtù della fedeltà al Sacro Romano Impero, nel 1162 prima e nel 1166 poi, l’imperatore Federico Barbarossa concede al comune il vessillo imperiale; negli atti è infatti riportata la dicitura dedite etiam imperator eis usum vexillum (dal latino: l’imperatore diede anche l’uso del vessillo). Poco si sa di che vessillo si tratti, ma molti ritengono essere la Blutfahne ed è comunque certo che nei secoli successivi la città utilizzò una bandiera rossa come insegna, definita anche Signum Rubicundum.

Il colore rosso è ancora oggi presente nell’arme della città insieme alla Croce Pisana, tipica croce patente, ovvero con le braccia più larghe nella parte terminale, ritrinciata, cioè con l’estremità delle braccia a forma di rombo, e pomettata con dodici globi; questa croce ha una certa affinità con quella occitana. È però poco noto come e quando la croce sia stata adottata come simbolo della città. Nel 1288 si ha la prima prova dell’utilizzo della croce come arme del Popolo, ovvero dei borghesi pisani; questa insegna e quella della città rimasero tuttavia distinti sicuramente fino alla fine del dodicesimo secolo. Su alcune monete successive al 1318 compare, poi, una croce come segno di zecca e alcune di queste croci sono fogliate, forma simile a quella attuale. È durante la seconda repubblica (1494-1509) che la croce pisana diventa a tutti gli effetti l’arme cittadina. Bisogna quindi dire che molte riproduzioni di oggetti storici usati durante le rievocazioni storiche dello stemma pisano con la croce sono un falso storico in quanto si rifanno a eventi precedenti alla adozione dell’arme riprodotta; così come è da considerarsi storicamente errata la riproduzione della bandiera con la croce sullo stemma della Marina Militare poiché si rifà al periodo in cui Pisa era una repubblica marinara e che quindi adottava ancora il vessillo rosso.

Lo stemma e il gonfalone attualmente in uso sono stati riconosciuti con decreto del Capo del Governo dell’11 ottobre 1932.

Altri simboli meno usati sono la lepre, come ad esempio nel pavimento del Duomo di Siena, e a simboleggiare la tenacia e la forza dei pisani la gramigna, che però non è mai stato un vero e proprio simbolo in quanto deriva dall’errata interpretazione degli arabeschi disegnati per arricchire il Signum Rubicundum.

Pisa è tra le città decorate al valor militare per la guerra di liberazione, insignita della medaglia di bronzo al valor militare per i sacrifici delle sue popolazioni e per l’attività nella lotta partigiana durante la seconda guerra mondiale.