Risulta già esistente nel 1113 e pertanto la costruzione avvenne nel XII secolo, come parte di un complesso edilizio destinato all'ordine degli Ospitalieri di San Giovanni di Gerusalemme e non ai Templari come spesso viene erroneamente divulgato. L'ospedale gerosolimitano sorse non lontano dall'Arno, poco fuori le mura nel borgo di Chinzica, un quartiere commerciale di nuova urbanizzazione.

L'edificio presenta un ambiente centrale delimitato da otto pilastri pentagonali di pietra calcarea che sostengono tramite archi a sesto acuto, un tamburo rialzato e finestrato, anch'esso in pietra, coperto da una cuspide piramidale in laterizio lasciato a vista all'interno. Tale vano centrale è circondato da un ambulacro anch'esso ottagonale, in origine di minor altezza o forse dotato di un ballatoio (matroneo), delimitato dal muro perimetrale in pietra, coronato da una cornice con elementi vegetali e circondato, fino alla metà del 1800, da un porticato cinquecentesco.

L'edificio presenta i segni di diverse fasi costruttive o di ripensamenti, tuttavia presenta una precisa definizione geometrica sia nel disegno complessivo che nei particolari e nella disposizione sterometrica dei blocchi lapidei. Tra l'altro risulta inscrivibile, nella sua interezza, in un cubo di circa 23,90 m (41 braccia).

Gli accessi sono costituiti da tre portali posti a sud, ovest e nord; non è escluso che esistesse anche un portale est, cioè che l'edificio fosse libero su tutti i lati e non addossato ad un corpo di fabbrica come attualmente. I portali, con caratteri stilistici diversi, conservano elementi classicheggianti, decorazioni fitomorfe e teste leonine marmoree.

L'arredo interno, ristrutturato nel 1720 in forme barocche per volontà del Gran Priore dell'Ordine di Malta Tommaso del Bene, fu nuovamente modificato profondamente nel restauro del XIX secolo. Conserva il busto-reliquiario di Santa Ubaldesca (XV secolo) con la secchia che si ritiene appartenuta alla santa, con la quale attingeva al pozzo santo all'interno della chiesa, alla destra della porta d’ingresso chiuso da una grata di metallo. Molto conosciuta è anche la lastra tombale di Maria Mancini, nipote del cardinale Mazzarino e favorita del Re Sole Luigi XIV di Francia. All'interno della chiesa anche un interessante dipinto quattrocentesco su tavola, la Madonna col Bambino.