La chiesa sorge al centro del vasto complesso plebano di Villamagna e consiste in una piccola basilica a tre navate conclusa con abside circolare e dotata di torre campanaria. La struttura della chiesa è databile all'XI secolo. Presenta un paramento murario esterno in bozze di calcare alberese disposte a filaretto con abbondanti letti di posa, ora stuccati a cemento.

È ricchissima di opere d'arte. Nella navata destra si trova una tavola con riprodotta la Madonna col Bambino in Trono e due Santi opera di un ignoto pittore fiorentino dei primi del XVI secolo, una tela del tardo XVII secolo raffigurante San Domenico e Santa Caterina in adorazione e un bassorilievo con la Madonna col Bambino, opera di Lazzaro Cavalcanti detto il Buggiano. A Metà della navata si trova il trittico di Mariotto di Nardo del 1394. Nella testata della navata di destra si trovano un organo opera della ditta Agati e alcuni affreschi attribuiti al Maestro di Signa: tali affreschi raffigurano un piccolo ciclo in cui sono riconoscibili tracce della Crocifissione con la Maddalena e San Donnino e un paliotto monocromo con raffigurata la Madonna e Santi.

Nella testata della navata sinistra si trova la tela raffigurante la Madonna con il Bambino, San Donnino e San Gherardo opera di Francesco Granacci. Alla metà circa della navata, sopra un altare, collocata dentro una cornice rinascimentale si trova la Madonna in trono con il Bambino e i santi Giovanni Battista, Nicola, Donnino e Sebastiano opera di David Ghirlandaio. Lo stesso altare è affrescato dal Maestro di Signa con scene raffiguranti il Presepe, Cristo in Pietà e Dio Padre e gli Evangelisti. Sopra il fonte battesimale si trova una tavola con raffigurati San Giovanni Battista e Sant'Antonio Abate e San Francesco che riceve le stimmate, opera della metà del XIV secolo attribuita a Jacopo di Cione.