La chiesa, documentata a partire dal 1086, fu canonica regolare agostiniana dal 1132. Le monache domenicane di S. Agostino di via Romea ne detennero il controllo dal 1472 al 1808, quando il monastero venne soppresso. Nel 1819 l’edifico fu di nuovo aperto al culto e divenne sede della confraternita di S. Barbara e della Natività di Maria. La chiesa rimase officiante fino alla metà del XX secolo. Oggi, ormai sconsacrata, ospita la Gipsoteca di Arte Antica dell’Università.
Nella parte inferiore della facciata sono riconoscibili gli elementi decorativi tipici del romanico pisano, già introdotti con la costruzione della Cattedrale: archi ciechi a tutto sesto, lesene, losanghe e oculi, intarsi marmorei bicromi, protomi umane e animali che sovrastano simbolici capitelli, riconducibili alla bottega di Biduino (fine XII secolo); la parte superiore, di controversa datazione, è realizzata, invece, con laterizi e panchina livornese.
Poderoso il campanile in mattoni, probabilmente risalente al XIII secolo, contrariamente alla data “1595” iscritta alla base, che forse ricorda uno dei restauri.
L’interno fu sensibilmente modificato dalle monache per ricavare una piccola chiesa interna al convento, sacrificando così l’abside e gli affreschi trecenteschi. Ancora visibili le colonne con capitelli medievali che si alternano a resti di stucchi sette-ottocenteschi. Recenti lavori di restauro hanno permesso di recuperare tracce di pitture di XII-XIII secolo.
La chiesa presta il nome anche alla piazza che, frutto di un allargamento ottocentesco, non conserva più le dimensioni medievali, ma ha finito per espandersi in direzione di via dei Mercanti, sulla quale si possono osservare pregevoli casetorri di XII e XIII secolo. Sulla piazza si affacciano il retro del Teatro Verdi, e l’ottocentesca Corte d’Assise.