La sua costruzione già attestata in documenti ecclesiali nel XIII secolo è presunta tra il XII e XVIII secolo. La sua importanza architettonica è dovuta alla cupola cinquecentesca del diametro di 20,5 metri, realizzata da Giorgio Vasari e alta 59 metri. La struttura è anche nota come importante centro di devozione mariana e per questo assume anche il nome di santuario della Madonna dell'Umiltà.

L'interno della basilica è ricco di opere d'arte che ornano ognuno dei sei altari posti attorno all'ampio vano circolare su cui si imposta la cupola e il presbiterio ideato dal pistoiese Jacopo Lafri; il severo vestibolo, che occupa lo spazio su cui un tempo sorgeva la chiesetta medioevale, fu arricchito da grandi riquadri ad affresco a partire dal 1720.

L'ottagono è sovrastato dalla cupola del Vasari e decorato da tre ordini architettonici nel tamburo e da un pavimento in marmi di vari colori. Lo completano sei altari laterali introdotti da archi a tutto sesto riccamente ornati che incorniciano grandi tele, opere di pittori fiorentini dal Cinquecento al Settecento, i quali sono il Poppi, Giovanni Battista Naldini, Alessandro Fei detto "Il Barbiere", Lazzaro Baldi, Alessio Gemignani, Giovanni Domenico Piastrini, Giovanni Domenico Ferretti, Vincenzo Meucci, Giuseppe Gricci. La balaustra realizzata nel 1597 con colonnine in bronzo racchiude un dossale marmoreo costruito nel 1612 dallo scultore Pietro Tacca e dell'architetto Lafri. Al centro del dossale fu traslata l'immagine miracolosa.

Nell'abside, si segnala il dipinto su tavola di Bernardino del Signoraccio, proveniente dal monastero di San Mercuriale e raffigurante la Madonna col Bambino e i santi Mercuriale e Benedetto (1493).