L'attuale edificio fu iniziato nel 1364 e sostituì un'antica chiesa di patronato della famiglia Visdomini, demolita un anno prima per creare maggior spazio alla nuova cattedrale (era situata sotto l'attuale absidiola nord, alle spalle dell'antica chiesa di Santa Reparata). La prima pietra fu posta alla presenza del vescovo di Fiesole Andrea Corsini, poi santo, su un terreno messo a disposizione dalla famiglia Del Palagio. Inizialmente eretta in stile gotico, con l'arrivo dei monaci celestini, che la officiarono dal 1552 al 1782, fu ristrutturata radicalmente, spostando l'ingresso da via Bufalini alla piazzetta affacciata su via dei Servi, e creando nuove cappelle in stile controriformato. L'interno è a navata unica, con altari laterali, e un transetto in cui si aprono, lungo la parete posteriore, due cappelle più quella centrale.

Il primo altare a destra è decorato dalla Natività dell'Empoli (1618), seguito dall'altare Pucci con una Sacra Conversazione del Pontormo datata 1518 e commissionata da Francesco Pucci. Al terzo altare l'Elemosina di san Tommaso Villanuova di Agostino Veracini.

Sull'altro lato, la Madonna col Bambino e santi del Poppi, la Predica del Battista del Passignano, opera che ne rivela i forti influssi veneti, e l'Immacolata Concezione pure del Poppi.

Alla testata del transetto destro la Nascita della Vergine di Agostino Ciampelli (1593) e la pala settecentesco raffigurante la Vittoria dell'Arcangelo Michele di Niccolò Lapi, copia da Guido Reni; La prima cappella del transetto, a destra di quella maggiore, ha resti di affreschi e sinopie riferibili a Spinello Aretino, mentre quella di sinistra conserva un crocifisso trecentesco detto dei Bianchi (dal nome di una confraternita di penitenti a cui appartenne), e resti di affreschi e sinopie del Trecento. La cappella maggiore n on presenta elementi di particolare rilievo. Alla testata del transetto sinistro la Resurrezione del Poppi (1570).

Gli armadi intarsiati con bancone, conservati in sagrestia, sono dei rari esempi di mobilio quattrocentesco, pur con integrazioni del XVII secolo. Provengono dal distrutto monastero di San Pier Maggiore. Qui si trova anche un interessante lavabo in pietra.