L'abbazia benedettina fu fondata prima del Mille dai signori di Castiglion Alberti. Nell'XI secolo confluì nell'ordine camaldolese, da cui risulta dipendere nel 1113. Nel tempo divenne un importante feudo ecclesiastico con il controllo su numerose chiese della Valdambra, del Valdarno, della Valdichiana, di Arezzo e del Senese. Nel XIV secolo entrò in decadenza e dalla metà del XV secolo fu retta da abati commendatari. 

La chiesa è un bell’esempio di architettura romanica e conserva i caratteri tipici di questo stile, riscontrabili anche in altri edifici sacri del Valdarno e del Casentino. Presenta una pianta a croce latina, a una sola navata, con transetto sporgente e tre absidi ben separate, di cui quelle laterali più piccole. La facciata, con una finestra a occhio nella parte alta sopra il portone d’ingresso, presenta un paramento murario con grosse bozze di arenaria; gli edifici del monastero (oggi privati) costituiscono il nucleo del paese di Badia Agnano.