San Miniato fu il primo martire della città. Era probabilmente un mercante greco o un principe armeno in pellegrinaggio a Roma. Si racconta che, intorno al 250, arrivato a Firenze, iniziò la vita di eremita e che fu decapitato durante le persecuzioni anticristiane dell'imperatore Decio, andandosene poi dal luogo dell'esecuzione con la sua testa in mano e arrivando dall'altra parte dell'Arno sul luogo del suo eremitaggio e dell'attuale basilica, sul Mons Fiorentinus. In seguito, su questo luogo, fu eretto un santuario e, nell'VIII secolo, una cappella. La costruzione dell'attuale chiesa iniziò nel 1013 sotto il vescovo Alibrando e proseguì sotto l'imperatore Enrico II. All'inizio era un monastero benedettino, poi aderì alla congregazione Cluniacense e nel 1373 a quella Olivetana, che vi abita tutt'oggi. I monaci producono famosi liquori, miele e tisane, che vendono in un negozio adiacente alla chiesa.

La facciata di San Miniato è uno dei capolavori dell'architettura romanica fiorentina, ispirata a un classicismo solido e geometrico ripreso dalle tarsie marmoree degli edifici monumentali romani. Venne iniziata nell'XI secolo ed è divisa in due fasce principali: quella inferiore è caratterizzata da cinque archi a tutto sesto sorretti da colonne in serpentino verde con basi e capitelli corinzi in marmo bianco, richiamo alle prime basiliche paleocristiane a cinque navate (in realtà la chiesa fiorentina di navate ne ha solo tre); la parte superiore mette in evidenza la vera geometria della chiesa, con le due falde simmetriche delle navate laterali ci fanno percepire la presenza delle tre navate. I due frontoni simmetrici delle navate laterali sono decorati con una bicromia di marmo bianco e serpentino verde di Prato, che tramite forme geometriche ricostruiscono l'opus reticulatum romano. La parte centrale del secondo livello è caratterizzata da un pronao tetrastilo sorretto da quattro pilastri, che la dividono in tre parti.

La sagrestia, a cui si accede dalla navata sinistra del presbitero, è decorata da un grande ciclo di affreschi sulla Vita di San Benedetto di Spinello Aretino (1387). Dai quattro pilastri situati agli angoli partono costoloni che concorrono alla copertura a crociera. Prima dell'attuale finestra a vetri colorati, costruita da Raffaello Payer tra il 1860 e 1961, vale la pena di ricordare la finestra gotica distrutta nel 1630. La piccola stanza con il lavabo, aggiunta in un secondo tempo, risale al 1470-1472. Gli armadi di legno, restaurati agli inizi nel Novecento, sono opera di Moniciatto.