Ricordata come già esistente nel 1032, la chiesa con annesso monastero passò ai monaci vallombrosani intorno agli anni 1090-1092. Si ricordano varie fasi costruttive, una delle quali, databile alla metà del XII secolo, comportò la ristrutturazione del presbiterio, riconsacrato nel 1148.
Intanto si procedeva a completare la facciata secondo il modello di quella rainaldesca della Cattedrale, dandole una struttura a due spioventi, con lesene, archi ciechi e tarsie marmoree e tre ordini di logge. I rivestimenti marmorei del prospetto nord e del braccio laterale sinistro sono assegnabili alla metà del XIII secolo, mentre la facciata fu completata soltanto nel XIV secolo.
Gli ambienti monastici erano composti da due chiostri: una addossato al lato meridionale della chiesa e l’altro posto dietro l’abside, nei pressi della cappella di S. Agata; entrambi, danneggiati dai bombardamenti della seconda guerra mondiale, furono demoliti con il campanile.
Dal 1409 il monastero fu dato in commenda, e nel 1565 passò all’Ordine di S. Stefano, sotto il patronato della famiglia Grifoni. La chiesa e l’intero complesso subirono dei restauri nel 1615 e alla metà del XVIII secolo. Nel 1798, soppresso l’Ordine di S. Stefano, la chiesa fu eretta in parrocchia e nel 1853, subì radicali restauri che portarono all’eliminazione degli altari laterali e dell’intonaco, dandole l’aspetto attuale.
Dalla ricca decorazione pittorica murale, cui partecipò nei primi anni del XIV secolo Buonamico Buffalmacco, resta solo un lacerto sul pilastro a sinistra con i Santi Bartolomeo e Francesco. La chiesa conserva anche un sarcofago romano che conteneva le spoglie del giuriconsulto pisano Burgundio (1194) ed una Madonna col Bambino e santi di Turino Vanni (XIV secolo).