El origen del nombre Pisa es un misterio. Si bien el origen de la ciudad permaneció desconocido durante siglos, los pelasgos, los griegos, los etruscos y los ligures habían sido propuestos como fundadores de la ciudad (por ejemplo, una colonia de la antigua ciudad de Pisa, Grecia). Restos arqueológicos del siglo V a.C. confirman la existencia de una ciudad junto al mar, que comerciaba con griegos y galos. La presencia de una necrópolis etrusca, descubierta durante las excavaciones en la Arena Garibaldi en 1991, confirmó sus orígenes etruscos.
Los antiguos autores romanos se referían a Pisa como una ciudad antigua. Estrabón remitió los orígenes de Pisa al mítico Néstor, rey de Pilos, tras la caída de Troya. Virgilio, en su Eneida, afirma que Pisa ya era un gran centro en la época descrita; A los colonos de la costa de Alfeo se les atribuye la fundación de la ciudad en las "tierras etruscas". El comentarista virgiliano Servio escribió que Teuti, o Pélope, el rey de los pisaos, fundó la ciudad trece siglos antes del inicio de la era común.
El papel marítimo de Pisa ya debería haber sido destacado si las autoridades antiguas le atribuyeran la invención del ariete naval. Pisa aprovechó ser el único puerto a lo largo de la costa occidental desde Génova (entonces un pequeño pueblo) hasta Ostia. Pisa sirvió de base para las expediciones navales romanas contra ligures, galos y cartagineses. En 180 a. C., se convirtió en colonia romana según el derecho romano, como Portus Pisanus. En el 89 a. C., Portus Pisanus se convirtió en municipio. El emperador Augusto fortificó la colonia hasta convertirla en un puerto importante y cambió el nombre a Colonia Iulia obsequens.
Se supone que Pisa fue fundada en la costa. Sin embargo, debido a los sedimentos aluviales del Arno y el Serchio, cuya desembocadura se encuentra a unos 11 kilómetros (7 millas) al norte del Arno, la costa se desplazó hacia el oeste. Estrabón afirma que la ciudad estaba a 4,0 kilómetros (2,5 millas) de la costa. Actualmente se encuentra a 9,7 kilómetros de la costa. Sin embargo, era una ciudad marítima, con barcos navegando por el Arno. En los años 90 d.C. se construyó un complejo de baños en la ciudad.