Dagli "Annali Camaldolesi" si apprende che la costruzione dell'attuale abbazia continuò per tutto il XII secolo. L'abbazia si erge su una collinetta di origini artificiali (Motta) per proteggersi dalle frequenti inondazioni del vicino fiume. Il complesso, concepito come struttura fortificata, ha un'ampia estensione misurando 56 m per 67,70; il tutto era coronato da una imponente merlatura ancora oggi riconoscibile, nonostante la copertura e le finestrelle aperte che danno luce a soffitte o abitazioni private.

Si suddivide su due livelli: al terreno i locali di servizio (magazzini, stalle e cantine) che si aprono sui lati ovest e sud, sopra, salendo per una erta in pietra coperta a volta, gli ambienti dei monaci e dei servizi. Si accede al primo piano del monastero-fortezza, varcando un ampio portone con un arco a tutto sesto che si apre sul lato ovest e dà accesso ad una gradinata, coperta da una volta a botte e a crociera, asimmetrica rispetto alla facciata della chiesa che dall'alto attira immediatamente l'attenzione. La facciata, come il resto della chiesa, è in stile romanico, larga 7,10 m, lunga 32,70 m e alta 13 m. La decorazione caratterizzata da lesene ed archetti ciechi accentua il verticalismo dell'edificio.

La chiesa, costruita con blocchi di calcare del Monte Pisano, presenta la tipica struttura monastica a navata unica, con presbiterio a "T" ed abside semicircolare. Un timpano conclude l'edificio con tetto a capanna. Nel tardo XVII secolo è stata oggetto di ristrutturazioni che ne hanno trasformato l'originaria immagine, con l'apertura di un finestrone sulla facciata e varie finestre laterali, l'abbattimento di una tettoia sull'ingresso, la costruzione di una breve scalinata in prossimità dell'altare, il rifacimento del pavimento con lieve pendenza. Le finestre rinascimentali, ancora ben visibili, sono state nuovamente tamponate e sostituite da monofore.