Ricordato come pieve nel XII secolo, passò nel 1474 alla congregazione degli Humiliati che la tennero sino alla soppressione dell'ordine maschile con bolla pontificia del 7 febbraio 1571, insieme alla chiesa degli Humiliati di Santa Maria Maddalena e convento della prepositura di Pistoia. L'edificio, a unica navata con abside semicircolare, è costruito in conci squadrati di pietra alberese ed è coperto da capriate lignee. Aspetti peculiari del romanico pistoiese sono ravvisabili nell'abside e nella decorazione bicroma dell'archivolto della lunetta del portale e della bifora. All'interno si conserva un interessante pulpito datato 1193 e una statua della stessa epoca raffigurante san Michele Arcangelo; entrambe le opere sono attribuite a uno scultore dell'ambito di Biduino, attivo nel cantiere della cattedrale di Pisa.

Oltre al pulpito, con le formelle istoriate, e la statua di san Michele, è il fonte battesimale in pietra, datato 1280. Secondo Redi, la statua era "collocata al centro dell'area del triangolo del timpano di facciata, con la base poggiante sulla cornice inferiore di esso". Questo "brutto arcangelo" (Salmi), detto Agnolaccio, darà il nome alla ripida via che conduce alla pieve, oltre alla via di san Michele che scendeva nel Vincio, attualmente soppressa.