Le prime testimonianze scritte sulla pieve di San Donato risalgono al gennaio 989 quando viene nominata in un atto di donazione di alcune terre verso la Badia a Passignano.

La facciata a salienti ha sulla destra il campanile e si distingue per la bellezza e la regolarità del paramento murario, che in origine era compatto visto che tutte le aperture sono state realizzate successivamente in occasione di restauri; la realizzazione della facciata risale al XII secolo. Il fianco destro, quello visibile dalla strada, è stato realizzato usando calcare di varie tonalità, probabilmente a causa di un cambio di approvvigionamento durante la costruzione; su questo fianco sono presenti due portali (oggi tamponati) dotati entrambi di archivolto e arco a tutto sesto rialzato secondo lo stile pisano. Le tre absidi sono prive di decorazioni, tranne che nello zoccolo di base e nella cornice di coronamento; in esse si aprono tre strette monofore strombate e coronate da un archivolto monolitico.

L'interno è coperto a capriate lignee ed è caratterizzato dalla stessa severa semplicità e nudità dell'esterno. È diviso in tre navate di sei campate ciascuna con due file di pilastri a sezione rettangolare. Grazie a queste estrema semplicità la pieve di San Donato è sempre stata indicata come uno dei migliori esempi tra chiese romaniche del contado fiorentino erette nel XII secolo.

Nella prima campata sulla destra, dove nel 1927 è stato realizzato il battistero è collocato il fonte battesimale attribuito a Giovanni Della Robbia (1513) e un trittico di Giovanni del Biondo (1375).