La chiesa è caratterizzata da un’unica navata suddivisa in tre campate con volta a crociera e presenta un presbiterio sopraelevato; da questa si accede alla sottostante cripta, caratterizzata da quattro vele che poggiano su di un pilastro centrale.

Sulle pareti della chiesa si sviluppa un interessante ciclo di affreschi. Databile al 1372, è opera del fiorentino Niccolò di Tommaso che si avvalse della collaborazione del pistoiese Antonio Vite, allievo di Gherardo Starnina. Queste pitture dichiarano l’aderenza ai modi della scuola dell’Orcagna, e si caratterizzano per il minuzioso programma iconografico, dagli evidenti scopi didascalici ed educativi, con storie tratte dal Vecchio Testamento, dal Nuovo Testamento e dalla vita di Sant’Antonio Abate. Ciascuna delle dodici vele, che costituiscono la copertura della chiesa, è dedicata ad un episodio della Genesi, della Creazione del cielo e della Terra, dei Giganti. La dettagliata rappresentazione iconografica è resa con grande chiarezza e semplicità per rendere leggibile ai fedeli le finalità dell’opera dell’ordine. L’intero complesso denuncia forti tangenze con la cultura fiorentina, ben evidenti nell’impiego della pietra forte, unico esempio di tal genere in città.

Nella chiesa sono esposte alcune opere monumentali del Marini come: Il Miracolo (1953/54), Il Cavaliere (1956/57), Il grande grido (1962), La Composizione di elementi (1964(65), Una forma in un’idea (1964/65), oltre a sette piccole sculture.