Come fondazione si tratta di una delle più antiche chiese della città, risalendo addirittura all'epoca romana, quando sorse nel luogo di un oratorio di pianta basilicale posto presso il cimitero paleocristiano. I resti delle sue tombe "alla cappuccina" sono ancora visibili sotto il pavimento della chiesa attuale. La quota così bassa, dovuta al restringimento artificiale dell'alveo dell'Arno, fa dire ad alcuni che si tratta di antiche catacombe cristiane. Dello stesso cimitero la chiesa conserva alcune lapidi scritte, perlopiù, in greco: già nel II secolo infatti nella zona risiedevano alcuni mercanti siriani che portarono il culto cristiano in città.
L'aspetto odierno risale al XVIII secolo quando l'architetto Ferdinando Ruggieri la ristrutturò completamente. Seguendo un progetto di modernizzazione avviato dalla Controriforma, nel 1735 le monache proprietarie della chiesa diedero inizio alla ricostruzione che risparmiò solo le due simmetriche cappelle Barbadori-Capponi e Canigiani, in controfacciata, ed il coro seicentesco. Il Ruggieri si ispirò a modelli tardo-cinquecenteschi, nella ricerca di un chiaro ritmo classico nell'unica navata.
L'interno della chiesa è a pianta a croce latina. L'aula si compone di un'unica navata coperta con volta a botte lunettata e illuminata da grandi finestroni ad arco ribassato, lungo la quale si aprono tre cappelle per lato. La controfacciata presenta ai lati del portale le cappelle Canigiani (a sinistra) e Barbadori-Capponi (a destra), e al di sopra di esse un palco comunicante con il retrostante Corridoio Vasariano: la chiesa acquistò una grande importanza cittadina quando i Medici sfruttarono la sua posizione per il passaggio di quest'ultimo, nel 1565. Dal corridoio si poteva uscire per scendere sul palco (detto appunto del Granduca), modificato nel XVIII secolo. Da questa postazione i granduchi prima dei Medici e poi dei Lorena potevano assistere alle funzioni religiose senza dover scendere nell'aula.
In seguito ai restauri del 2006 nella sagrestia è stata allestita una riaccolta di opere d'arte con opere di: Pacino di Buonaguida, Niccolò di Pietro Gerini, Neri di Bicci, Giovanni del Biondo, Taddeo Gaddi, Maestro della Natività Johnson, Mariotto di Cristofano, Bicci di Lorenzo e altri.
