La facciata della chiesa, che dà sull'ampio sagrato, appare in gran parte incompiuta. Nella parte inferiore di essa, nell'area del portale, comunque, è ancora possibile vedere la bella facciata romanica. Essa, realizzata interamente in marmo bianco ed in marmo verde, è suddivisa in due livelli da un cornicione: nel livello inferiore vi sono tre arcate cieche a tutto sesto sorrette da colonne; nel livello superiore, invece, vi sono tre finestre aventi forma rettangolare.

All'interno la chiesa si presenta come un grande e spazioso tempio in stile Rinascimentale con pianta a croce latina. La navata centrale è separata dalle due navatelle laterali, più piccole in altezza e larghezza rispetto alla centrale, da quattro archi sorretti da pilastri per lato. Ai lati si sviluppano varie cappelle, tra le quali merita una visita la Cappellina dell'Annunciazione dove è conservato un dipinto di Raffaellino del Garbo. Dall'incrocio delle quattro volte a botte della navata, del transetto e dell'abside scaturisce un'elegante volta a vela con al centro lo stemma Medici, che è visibile anche nella volta dell'abside.

Addossati alle due pareti di fondo del braccio trasversale, vi sono due grandi altari laterali, contenenti, incorniciate fra due possenti colonne corinzie due tele raffiguranti la Crocifissione di Bernardino Campi prelevato dalla chiesa di San Giovanni dei Genovesi e la Flagellazione di Gesù di ambito fiorentino. Infine, al centro della profonda abside rettangolare illuminata da quattro grandi finestre, di cui un rosone, si trova l'altare in marmi policromi realizzato nel 1610 da Giovan Battista Cennini su disegno di Pietro Tacca.

Sempre all’interno si segnalano un rilievo della scuola di Jacopo della Quercia e una Deposizione di Botticini. Attraversando il chiostro rinascimentale dell’antico convento, poi, si raggiunge il refettorio, adornato da affreschi secenteschi di Giovanni da San Giovanni.