Il complesso, che sorge sul luogo dell'antica pieve di Santa Maria, ma orientato in modo diverso, fu pensato per essere inserito scenograficamente nella piazza principale della cittadina, la Piazza Pio II, e fu realizzato per volontà di papa Pio II Piccolomini tra il 1459 e il 1462 da Bernardo Rossellino nel corso del rinnovamento della città.
L'interno, ancora strutturalmente legato allo stile gotico, è diviso in tre navate tutte della stessa altezza, la navata mediana è solo più larga delle laterali. Due file di pilastri con semicolonne addossate e capitelli decorati, rialzati rispetto ai pilastri, dividono le navate.
L'abside è divisa in tre cappelle, la maggiore accoglie il coro. Altre due cappelle sono formate dai bracci della crociera, ognuna è dotata di un finestrone. Tutta questa parte ha subito un cedimento a causa delle condizioni del terreno su cui sorgono i muri perimetrali dell'abside fin dalla sua costruzione. Il tempio è arricchito da dipinti, eseguiti su commissione di Pio II dai più noti artisti dell'epoca quali: Giovanni di Paolo, Sano di Pietro, il Vecchietta, Matteo di Giovanni.
Nella cripta si trovano dei pezzi scultorei dell'antica chiesa romanica di Santa Maria e il fonte battesimale della bottega del Rossellino.
Si consiglia di verificare la corrispondenza degli orari di apertura contattando direttamente la struttura.