La chiesa assolve anche al ruolo di duomo della città toscana. E’ senza dubbio uno dei principali esempi di stile romanico in Italia. La chiesa rimane centro di un mistero non del tutto risolto, costituito dalla presenza della raffigurazione di un labirinto a forma rotonda, presente in un pilastro del portico esterno del sacro edificio. Accanto all’immagine si legge questa iscrizione: "Questo è il labirinto costruito da Dedalo cretese dal quale nessuno che vi entrò poté più uscire, ad eccezione di Teseo aiutato dalla corda di Arianna".

Cosa abbia a che dividere un mito classico pagano con un importante tempio cristiano costituisce di per se un enigma.

Un mistero è anche il significato simbolico di questo labirinto, perfettamente equivalente in scala a quello situato nelle cattedrali francesi di Chartres, di Amiens e di Saint Quintin, tutte edificate in tempi differenti da quelli della chiesa lucchese. Inoltre, il disegno del labirinto di Lucca introduce in maniera allegorica al misterioso tema medievale del "triplice cerchio" e del cosiddetto "nodo di re Salomone".

Nella chiesa cattedrale di San Martino di Lucca è altresì conservato il cosiddetto "volto santo". Si tratta di un crocifisso che, secondo le leggende locali, sarebbe stato trovato il venerdì di Pasqua dell’anno 780 nella antica città di Luni insieme ad una boccetta di vetro contenente il sangue di Cristo.

Quest’ultima reliquia venne trasferita nel XIII secolo nella chiesa maggiore di Sarzana.