La pieve fu edificata sui resti di un tempio romano dedicato a Bacco. Di questa precedente struttura è rimasta solo una lapide, che segnava il luogo di sepoltura di un bambino romano, ora conservata nel Museo dell'Accademia Etrusca e della città di Cortona. La pieve fu ricostruita nell'XI secolo su disegno dell'architetto aretino Maginardo. Il nuovo edificio poggiava sulla precedente torre. Nel 1439 la torre fu demolita in quanto a rischio di crollo. L'esterno fu intonacato nel 1674.

L'interno è a tre navate, separate da pilastri alternati a colonnine a sezione poligonale e concluse da absidi semicircolari. La copertura è a capriate ma vi si affianca un sistema di volte a botte che precede le absidi e che è ripetuto in corrispondenza dell'ingresso. Si conservano numerosi frammenti di sculture degli inizi del IX secolo quali lastre di ciborio, pilastrini e plutei. La facciata, a doppio saliente, è assai semplice, col portale che conserva un protiro pensile affiancato da due monofore; più ricca la zona absidale dove le tre absidi sono spartite da lesene per le quali sono stati reimpiegati materiali romani di spoglio. Sui fianchi appaiono tamponati i due ingressi che sostengono lunette cuspidate con decorazioni di epoca altomedievale.