La chiesa, attribuita ad Antonio Pardini, fu edificata nel XIV secolo per i frati agostiniani. Ad essa erano annessi il convento del XVI secolo e l'Ospedale dei Mercanti.

La bella facciata riprende i motivi architettonici e la decorazione plastica della Cattedrale di San Martino di Lucca. Elevata sopra una breve scalinata di marmo, presenta tre grandi archi a fondo cieco, sormontati da un ordine di esili colonnette e di archetti trilobati gotici. Nella lunetta del portale è collocata l'Annunciazione, bronzo di Igor Mitoraj (2013).

L'interno è ad una sola navata, con soffitto a capriate. Il pavimento si dispone su vari livelli, adeguandosi alla pendenza del terreno. Gli altari originali, eretti tra il Trecento e il Cinquecento, sono stati sostituiti da quelli attuali in marmo, seicenteschi, ad eccezione del primo altare a destra, del 1512: su di esso era collocata una Natività (1519) di Zacchia il Vecchio. La tela, trafugata nel 1921, è stata smembrata dai ladri e solo parzialmente ritrovata. Del dipinto rimane oggi la lunetta di coronamento con la Pietà.

Della prima fase costruttiva restano all'interno numerose lapidi tombali a pavimento e brani di cicli ad affresco del XIV-XV secolo. Nella parete dell'altare maggiore, nella controfacciata e nella parete destra è stata recuperata la decorazione murale settecentesca.

Nell'abside vi è un pregevole coro ligneo. Il campanile, risalente al 1780, ospita un concerto di tre campane (più una campanella) fuse nel 1904 da Raffaello Magni e figli di Lucca, le quali non fanno più sentire la loro voce da quando l’intero complesso è sconsacrato.

A fianco della chiesa, il chiostro è circondato da un peristilio di colonne di marmo e un tempo era interamente decorato da lunette affrescate raffiguranti episodi della vita di S. Agostino, illustrati da brevi scritte in latino poste sotto ai dipinti, ciascuna intramezzata da un piccolo stemma. Di tali affreschi sono oggi visibili le sette lunette di un lato e una lunetta sul lato attiguo, nella quale è inserita una finestra della Sagrestia. Il chiostro è sede del Centro culturale L.Russo, della Biblioteca comunale G.Carducci e del Museo dei bozzetti.