La chiesa, pertinente al monastero, fu fondata nell' dal marchese di Toscana Adalberto I e dedicata a Santa Maria Assunta. Dal 1050 risulta dedicata (unico caso in Toscana) al santo eremita delle isole di Lerino (in francese, îles de Lérins) nella costa provenzale, le cui spoglie secondo la leggenda furono portate ad Aulla per sottrarle alle incursioni saracene.

L'edificio ha subito nel tempo profonde alterazioni: della struttura primitiva del IX-X secolo rimangono l'abside semicircolare e un frammento di pietra scolpito a motivi vegetali. Del monastero restano, inglobati nella canonica, tre pilastri circolari con capitello depresso che sostenevano le coperture del piccolo chiostro. All'interno dell'abside sono state rinvenute le fondazioni di due chiese dei sec. VIII e IX. L'abside, attualmente visibile in elevato, risale al X secolo.

Gli scavi archeologici in san Caprasio hanno confermato la tradizione popolare della presenza della tomba del Santo: all'interno di una monumentale tomba, sigillata tra il 1000 ed il 1050, contenente un reliquiario in stucco con le reliquie. Tutta l'area presbiteriale è stata scavata ed è visitabile: oltre alla monumentale tomba del Santo sono visibili i resti di una chiesa del VII secolo e dell'edificio fondato nell'884, con un interessante pavimento in marmo, realizzato con marmi romani di recupero, tra i quali un'epigrafe del I secolo a.C.

L'ultimo conflitto mondiale, recò molti danni alle strutture, e furono avviati una serie di restauri. Questi hanno restituito la chiesa a tre navate, attualmente, il complesso è sede del Museo di San Caprasio, con reperti dal sec.VIII a.C. ed un ricco repertorio di capitelli medievali.