La basilica di Santa Maria delle Carceri si trova nell'omonima piazza nel centro di Prato. Viene considerata un capolavoro architettonico del primo Rinascimento, tappa cruciale della riflessione sugli edifici a croce greca. Dopo la scelta di un primo progetto, Lorenzo de' Medici impose quello redatto su sue indicazioni dal suo architetto preferito Giuliano da Sangallo, che realizzò una chiesa con pianta a croce greca, ispirata alla Cappella Pazzi di Filippo Brunelleschi. Capolavoro di simmetria e proporzioni, sintesi piena delle soluzioni spaziali brunelleschiane e dei postulati teorici di Leon Battista Alberti, fu costruita dal 1486 al 1495 per quanto riguarda gli interni, mentre il rivestimento esterno, interrotto nel 1506, sarà completato più tardi.

L'interno costituisce il più sintetico e compiuto tempio rinascimentale a croce greca, di solenne classicità: i quattro bracci, mezzi cubi sormontati da semicilindri, lasciano al centro un vano cubico, sul quale si imposta la cupola emisferica.

Tutti gli spigoli sono segnati da una serie di membrature in pietra serena (lesene angolari con preziosi capitelli, sormontate da trabeazione e cornici a sottolineare la volta) che formano (come all'esterno) un telaio autonomo oltre il quale le nitide pareti intonacate perdono consistenza, dilatando visivamente lo spazio.

Quattro vetrate su disegno di Domenico Ghirlandaio (1491) arricchiscono le testate dei bracci, mentre la trabeazione si impreziosisce di un fregio a festoni e stemmi in maiolica bianca e azzurra della bottega di Andrea della Robbia, autore dei bellissimi tondi con gli Evangelisti (1491), nei pennacchi della cupola. Questa è segnata da un'originale balaustra che allontana prospetticamente, dilatandone le dimensioni, la piccola cupola suddivisa in dodici spicchi.

L'altare maggiore, su disegno del Sangallo (1492, eseguito nel 1515), è una raffinatissima edicola in marmo bianco (ispirata a quelle del Pantheon), precocissimo esempio di un genere poi molto diffuso, e inquadra entro una tela di gusto purista l'affresco miracoloso della Madonna col Bambino tra San Leonardo e San Stefano (1330-1340).

Una cappella sulla destra ha un pregevole coro ligneo intarsiato (1520), mentre all'opposto è la coeva cantoria in pietra; il braccio del presbiterio è chiuso da una balaustrata marmorea con fantasiosi stemmi, disegnata dal Buontalenti (1588), fiancheggiata da due altari in pietra (1575) con dipinti di Michele delle Colombe (Adorazione dei pastori e Visitazione).

Sotto la sacrestia (con un affresco della Madonna dell'umiltà di Pietro Miniati, 1420 circa), inglobata nel robusto edificio neocinquecentesco della Canonica (1787-1810), sono alcuni locali seminterrati dell'antico carcere.