La chiesa è fra le più antiche chiese fiorentine d'Oltrarno. In un lazzaretto che le sorgeva dinanzi, lungo il tracciatoi urbano della via Cassia, sostò nel 1211 san Francesco, nella sua prima visita a Firenze, come ricorda un moderno tabernacolo del 1956. Qui si trovava anche un ospedale per la cura dei pellegrini, dedicato a santa Lucia e inglobato oggi in palazzo Canigiani.

La chiesa conserva l'aspetto rinascimentale, nonostante qualche abbellimento barocco, ed è stata valorizzata grazie al recente restauro a cura della Soprintendenza ai Monumenti. Sulla facciata, decorata a finto bugnato sgraffito, sopra un bel portale del Rinascimento, si trova una lunetta in terracotta invetriata rappresenta Santa Lucia fra due angeli, opera di Benedetto Buglioni. Sulla facciata si trova anche una targa dei Signori Otto che proibiscono i giochi nelle vicinanze della chiesa.

La chiesa è a navata unica; sugli altari in pietra serena si trovano un Crocifisso della Compagnia dei Bianchi, la Santa Lucia di Pietro Lorenzetti (1320 ca.) e due tavole con l'Angelo Annunciante e la Vergine Annunciata di Jacopo del Sellaio (1473). La tavola dell'altar maggiore è forse di Agnolo di Donnino o di un altro pittore fiorentino del Cinquecento e sostituisce la Sacra Conversazione di Domenico Veneziano (1445 circa), ora agli Uffizi. È documentata anche una serie di affreschi e una tavola realizzata da Bicci di Lorenzo su commissione di Niccolò da Uzzano, opere oggi andate perdute. A ridosso della parete di fondo dell'abside si trova l'organo a canne Mascioni opus 827, costruito nel 1963; a trasmissione elettrica, dispone di 17 registri, su due manuali e pedale. La chiesa contiene anche una tavola del 1523 di Jacone, pittore poco amato dal Vasari, con Trinità, la Vergine e quattro santi, un'iconografia assai rara.