La chiesa venne costruita a partire dall'XI secolo e, dal 1040, subentrò con il titolo di pieve, ed il ruolo di chiesa battesimale, all'antica pieve di Sant'Ippolito in Sessiano, situata poco fuori l'abitato di Asciano. Tra il XII e il XIII secolo, la chiesa venne ampliata, con la costruzione, in un semplice stile gotico, di un'ampia navata, raccordata alla struttura originaria (che era a pianta a croce greca) tramite tre arcate nella parete fondale.

La chiesa divenne collegiata nel 1542. I più importanti interventi di restauro che la caratterizzarono furono eseguiti rispettivamente nel 1885 e nel 1955; in occasione del primo, vennero demoliti gli elementi barocchi (inclusi i sette altari) e venne realizzato un apparato decorativo revivalista, mentre con il secondo, l'edificio venne ricondotto ad uno stile presumibilmente vicino a quello originario

Nell'aula, trovano luogo alcune opere pittoriche. Sulla parete di destra, nei pressi della parete di fondo, vi è l'affresco Madonna in trono col Bambino tra gli arcangeli Raffaele e Michele, e donatore opera che venne alla luce durante i restauri del 1955 ed attribuita a Giovanni Antonio Bazzi, detto il Sodoma, oppure a Girolamo del Pacchia. A metà della parete opposta, vi è un tondo del Sodoma raffigurante la Deposizione di Cristo, facente parte di un dipinto più ampio, andato perduto.

Nei pressi del sarcofago di Teresa Francini Naldi, vi è la pala Madonna in trono tra i santi Barnardino da Siena e Agata, che venne dipinta da Francesco Vanni nel 1600 circa. La pala costituisce un'importante testimonianza in quanto riecheggia una perduta pala di Rosso Fiorentino di cui resta solo il Putto che suona (1520), presso la Galleria degli Uffizi. In controfacciata, ai lati del portale, trovano luogo due acquasantiere, costituite da una conchiglia marmorea barocca innestata su una base metallica moderna; sulla parete, poi, vi è una lapide che ricorda l'erezione a basilica della chiesa, avvenuta il 31 luglio 1991 per volere di papa Giovanni Paolo II. Il presbiterio ospita al centro l'altare maggiore, in pietra serena, dietro al quale vi è un pregevole Crocifisso scolpito e dipinto del XV secolo.