Opprinnelsen til navnet, Pisa, er et mysterium. Mens opprinnelsen til byen hadde forblitt ukjent i århundrer, hadde Pelasgi, grekerne, etruskerne og ligurerne på forskjellige måter blitt foreslått som grunnleggere av byen (for eksempel en koloni i den gamle byen Pisa, Hellas). Arkeologiske levninger fra 500-tallet f.Kr. bekreftet eksistensen av en by ved havet som handlet med grekere og gallere. Tilstedeværelsen av en etruskisk nekropolis, oppdaget under utgravninger i Arena Garibaldi i 1991, bekreftet dens etruskiske opprinnelse.
Gamle romerske forfattere omtalte Pisa som en gammel by. Strabo refererte Pisas opprinnelse til den mytiske Nestor, kongen av Pylos, etter Trojas fall. Virgil, i sin Aeneid, uttaler at Pisa allerede var et stort sentrum ved de beskrevne tider; nybyggerne fra Alpheus-kysten har fått æren for grunnleggelsen av byen i de 'etruskiske landene'. Den virgiliske kommentatoren Servius skrev at Teuti, eller Pelops, kongen av pisaerne, grunnla byen tretten århundrer før starten av den vanlige æra.
Den maritime rollen til Pisa burde allerede vært fremtredende hvis de gamle myndighetene tilskrev den oppfinnelsen av marineværen. Pisa benyttet seg av å være den eneste havnen langs vestkysten fra Genova (den gang en liten landsby) til Ostia. Pisa fungerte som base for romerske marineekspedisjoner mot ligurere, gallere og karthagere. I 180 f.Kr. ble det en romersk koloni under romersk lov, som Portus Pisanus. I 89 f.Kr. ble Portus Pisanus et municipium. Keiser Augustus befestet kolonien til en viktig havn og endret navnet i Colonia Iulia obsequens.
Det antas at Pisa ble grunnlagt på kysten. På grunn av de alluviale sedimentene fra Arno og Serchio, hvis munning ligger omtrent 11 kilometer nord for Arno-ene, beveget kysten seg vestover. Strabo opplyser at byen var 4,0 kilometer (2,5 mi) unna kysten. For øyeblikket ligger den 9,7 kilometer fra kysten. Imidlertid var det en maritim by, med skip som seilte oppover Arno. På 90-tallet e.Kr. ble det bygget et badeanlegg i byen.
