La costruzione del complesso iniziò nel settembre 1289; in precedenza, nello stesso sito, sorgeva un convento più piccolo annesso alla chiesa di Santa Maria al Prato, nel quale si erano stabiliti i frati francescani nella prima metà del XIII secolo. I lavori si protrassero fino al XIV secolo; tuttavia la facciata venne completata soltanto nel 1707, in stile con il resto della chiesa. Nel corso del XVII secolo, all'interno del luogo di culto vennero eretti numerosi altari laterali da famiglie nobili locali.

La chiesa fu costruita secondo il modello francescano, con un'unica aula coperta a capriate e transetto articolato in cappelle; la semplicità decorativa e stilistica rende appena riconoscibile il linguaggio gotico. La facciata è a capanna, ed è caratterizzata dal rivestimento marmoreo a bande bianche e verdi; al centro, si apre un unico portale, strombato e sormontato da una lunetta affrescata, in asse con il quale vi è il rosone circolare.

Internamente, presenta una pianta a croce latina, con ampia navata unica con soffitto a capriate, sulle cui pareti vi sono ancora tracce della decorazione con affreschi realizzati nel corso del XIV secolo. Al di là del grande arco trionfale si apre la cappella maggiore (affiancata da quattro più piccole), decorata con gli affreschi delle Storie di san Francesco (1343); nella cappella Bracciolini, affreschi con le Storie di Maria eseguiti entro il secondo decennio del XV secolo; nella cappella Pazzaglia, affreschi con Storie dei santi Antonio e Ludovico di Giovanni di Bartolomeo Cristiani; nella cappella Gatteschi, Storie di san Donnino di Bonaccorso di Cino. Fra il 1386 e la fine del secolo furono decorate la sala del capitolo (affreschi di Antonio Vite) e la sacrestia.