Era un'antica pieve preceduta da un battistero dell'VIII secolo. L'edificio attuale fu costruito verso la fine del XII secolo o agli inizi del secolo successivo; la parte più antica sembra essere quella corrispondente alla facciata e in particolare al portale maggiore. La parte terminale è stata completamente alterata con l'abbattimento dell'abside originario nel 1653 per costruirvi il coro.
La chiesa ha una pianta a croce latina con unica navata e cappelle absidali. Dei tre portali, il più significativo è il portale maggiore, di stile lombardo, costituito da un protiro leggermente risaltato ad arco (architettura) a tutto sesto, decorato e sorretto da due coppie di colonnette per lato, in pietra arenaria, annodate al centro e poggianti su leoni stilofori. Sulla cima delle colonnette si imposta l'arco a tutto sesto. All'interno del protiro ci sono cinque colonne a sinistra e cinque a destra con capitelli ornati da animali e foglie d'acanto. Sull'architrave del portale si trovano due coccodrilli affrontati. Nel centro della lunetta è scolpita in altorilievo una figura in trono ritenuta l'effigie di San Damaso, ma in realtà da identificare con la rappresentazione di San Quirico. La decorazione del portale si sviluppa secondo un'iconografia simbolica cristiana che deriva dall'arte lombarda.
Per quel che riguarda gli interni, a sinistra dell'altar maggiore si trova la grande pala d'altare quattrocentesca con la Madonna col Bambino, gli angeli e i santi (fra i quali san Quirico) su uno sfondo dorato, realizzata intorno al 1470 da Sano di Pietro. Nella lunetta, invece, sono rappresentati la Resurrezione e la Discesa di Cristo al Limbo. Sulla predella sono dipinti lo stemma del Comune di San Quirico e cinque episodi della Vita della Madonna.
Sul pavimento a sinistra della navata, all'ingresso della chiesa, si trova invece la lastra tombale del principe Enrico II di Nassau, morto nel 1451. Sul lato sinistro della navata si trova la Cappella del Suffragio, di realizzazione più recente. Contiene un affresco staccato del primo Cinquecento noto come la Madonna della Mela o Madonna delle Grazie, attribuito a Girolamo di Benvenuto, e il dipinto di Rutilio Manetti che rappresenta la Madonna del Rosario che salva una ragazza dall'annegamento (1610).
