La chiesa presenta una facciata semplice con il portale caratterizzato da una lunetta con affresco, a sua volta sovrastata e protetta da un tabernacolo ligneo, sopra il quale si trova un rosone.

L'interno, a navata unica, custodisce varie opere d'arte tra le quali spicca il celebre Crocifisso su tavola attribuito alla mano di Duccio di Boninsegna (1285 circa). Recenti studi approfonditi sull'autore di tale importante opera oscillano nell'attribuirne la paternità tra il senese Maestro di Badia a Isola, lo stesso Duccio di Buoninsegna del primo periodo, più stilisticamente orientato verso Cimabue, e il senese Guido di Graziano. Quale che sia il vero autore del Crocifisso, l'opera è di enorme importanza artistica in quanto l'autore esce dal rango della convenzionalità dei pur eccellenti artisti toscani dell'epoca di Duccio. La flessuosità del corpo del Cristo effigiata nel Crocifisso e le proporzioni della immagine fanno sì che questa opera si collochi tra le più importanti della Toscana e dell'Italia intera. Nella chiesa sono conservati anche vari affreschi e decorazioni. La cappella di destra, dedicata a Sant'Antonio, venne aggiunta nel corso del Seicento e decorata con pregevoli affreschi dai pittori Antonio e Francesco Nasini.

Il chiostro del convento si sviluppa a lato del fianco sinistro della chiesa ed è caratterizzato da un portico sorretto da colonne ottagonali; il chiostro dà accesso alla sacrestia, alla chiesa e ai locali del convento. Al centro del chiostro sorge il cinquecentesco Pozzo della Bufala, fiancheggiato da due colonne in travertino sulle quali poggia un pregevole coronamento: sotto di esso si trova la cisterna per la raccolta di acqua piovana.