Il primo documento che ne testimonia l'esistenza è una bolla papale del 1184. Di quel periodo mantiene solo la cripta del XII secolo, a cui si accede da un ambiente attiguo. Fu largamente ristrutturata nel XV secolo per volontà di Bernardo Quaratesi, colui che commissionò a Gentile da Fabriano il Polittico Quaratesi (1425), oggi smembrato e diviso in vari musei. I lavori di restauro resi necessari in seguito all'alluvione del 1966 hanno permesso di rinvenire alcuni frammenti dell'originaria decorazione quattrocentesca, fra cui un affresco di Sant'Ansano attribuito a Francesco D'Antonio.

Nella Cappella Gurdini si trovava la tavola da altare di Masolino da Panicale raffigurante l'Annunciazione (1425-1430), oggi alla National Gallery of Art di Washington D.C. Nel secolo successivo il Vasari le dette una nuova sistemazione inserendo altari monumentali con dipinti del Poppi, dell'Empoli e del Curradi.

Un altare fu fatto costruire dalla famiglia Nasi, il cui stemma, uno scudo diviso da banda d'argento con due ruote d'argento sopra e una sotto (in campo azzurro), si trova alla base delle colonne. Sull'altare il dipinto di Francesco Morandini, detto il Poppi, rappresenta Gesù che resuscita il figlio della vedova di Naim. Un altro altare di questa chiesa ospita un Crocifisso in legno scolpito e colorato, opera "d'ignoto". Alla base di questo crocifisso c'è un'arma-reliquiario, contenente le ossa del Beato Manno, monaco irlandese, dell'Ordine di Santa Brigida di Svezia (fondato nel 1367).

Sempre del periodo dell'assedio la chiesa, in particolare il campanile, hanno alcune memorie storiche: Michelangelo si tenne nascosto per alcuni giorni in un angusto locale alla base della torre campanaria grazie alla complicità di un aiuto campanaro del quale non si conosce il nome, in seguito della presa di Firenze da parte dei Medici, contro i quali si era apertamente schierato contro, difendendo la Repubblica Fiorentina.

In sacrestia si conserva l'affresco con la Madonna della Cintola, attribuito ad Alesso Baldovinetti. Qui si trovano anche altre opere d'arte, tra cui il polittico dell'Intercessione di Gentile da Fabriano.