Il semplice esterno della chiesa è caratterizzato dalla facciata a capanna, affiancata da due corpi di fabbrica più bassi facenti parte del complesso della Misericordia. In corrispondenza della chiesa, al centro, si apre un unico portale in pietra con timpano triangolare poggiante su due mensole, ciascuna delle quali è sorretta da una parasta ionica. La porta lignea è riccamente decorata con intagli e risale al 1672. In alto, vi è una finestra rettangolare, con cornice lapidea scolpita. La facciata termina con un semplice timpano triangolare sormontato da una croce in ferro battuto.
L'interno della chiesa è a navata unica di tre campate, quella centrale, più estesa, coperta con volta a vela e quelle alle due estremità con volta a cupola ribassata; la ricca decorazione in stucco venne eseguita nel 1733 da Bernardo Sproni; a ridosso della parete fondale, vi è l'altare maggiore in stucco, al centro della cui ancona si trova un Crocifisso ligneo del XIV secolo. In corrispondenza della campata mediana, si trovano due altari laterali contrapposti, per i quali, tra il 1738 e il 1741, Giuseppe Berti realizzò due tele raffiguranti la Pentecoste (altare di sinistra) e il Transito di San Giuseppe. In controfacciata, si trova una cantoria, mentre due più piccole sono poste ai lati del presbiterio.
Sulla parete di sinistra della prima campata, è conservato il recto (il verso è al Museo statale d'arte medievale e moderna) dello stendardo dipinto da Giorgio Vasari nel 1572 e raffigurante la Santissima Trinità tra santi. Sulla parete opposta è un Noli me tangere di Alessandro Allori, firmato e datato 1584. I tondi con Profeti sono di Tommaso Redi (1726), mentre di Giuseppe Berti sono le due tele raffiguranti la Pentecoste e il Transito di san Giuseppe, datate tra il 1738 e il 1741.
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