È l'unico edificio nel contado fiorentino che conserva resti di un battistero autonomo rispetto alla chiesa, soluzione che nella zona a sud dell'Arno si trovava solo nelle pievi di Sant' Alessandro a Giogoli, San Piero in Bossolo, nella Pieve di Coeli Aula e nella pieve di Empoli. Oggi del battistero restano solo quattro pilastri, memori della pianta centrale dell'edificio abbattuto nel 1805 in seguito a un terremoto.
La pieve conserva le tracce di due fasi costruttive: le archeggiature che dividono la navata a sinistra appartengono al X-XI secolo, come l'abside decorata a fornici e la sopraelevazione della navata ritmata da archetti lombardi; le archeggiature di destra sono state ricostruite in cotto dopo il crollo del campanile, avvenuto nel 1171: le forme sono più slanciate, i capitelli sono scolpiti con foglie stilizzate e i volti umani resi realisticamente.
Nella navata sinistra, oltre all'urna contenente i resti mortali di Sant'Appiano, si trovano tre riquadri affrescati inseriti all'interno di finte architettura dipinte a simulare una pala d'altare: San Pietro martire, opera di Filippo di Antonio Filippelli; Martirio di san Sebastiano, attorniato dai confratelli incappucciati della Compagnia, opera di Bernardo Rosselli e del Filippelli datata 1484; santi Antonio Abate e Matteo evangelista, del Filippelli.
Nei locali annessi alla chiesa è stato ricavato dal 1991 un piccolo Antiquarium che funge da museo archeologico. nelle due stanze sono raccolti materiali archeologici provenienti dalle zone limitrofe e venuti alla luce durante alcune campagne di scavo. Il pezzo senz'altro più interessante è un Idoletto pagano (Eros che cavalca un cane), in pietra, databile al II secolo d.C., anche se non tutti gli studiosi sono concordi. Sono inoltre presenti numerose urne etrusche. Tra le opere pittoriche sono da segnalare il trittico raffigurante la Madonna col Bambino e i Santi Giovanni battista e Girolamo della Marca opera del Maestro di Signa e tutta una serie di tele la più importante delle quali è quella raffigurante i santi Sebastiano, Girolamo e Rocco della scuola del Pollaiolo.
