La chiesa fu probabilmente costruita nel X secolo, anche se alcune fonti riportano nello stesso sito l'esistenza di una chiesa risalente al 726. Nel 1105 un grave incendio la danneggiò. Nel 1188 la chiesa venne accolta sotto la protezione della Santa Sede e venne dedicata anche a San Cassiano. Seguirono ulteriori ricostruzioni. La consacrazione ufficiale risale al 25 luglio 1367.
L'interno della chiesa di San Cassiano, riccamente decorato con stucchi barocchi, è di pianta rettangolare a tre navate della medesima altezza coperte con volta a crociera e divise da due file di colonne corinzie in marmo.
Un percorso iniziale comporta l'osservazione del soffitto con volta a botte, dipinto da Costantino Cedini con Gloria di santa Cecilia e san Cassiano. Davanti e dietro al grande dipinto del soffitto troviamo due monocromi del Cedini che rappresentano il Martirio di san Cassiano e il Martirio di santa Cecilia. Dello stesso autore sono anche i due monocromi che sovrastano le due cappelle ai lati del presbiterio. Quello di destra rappresenta la Samaritana al Pozzo, quello di sinistra Agar con l'angelo ed Ismaele.
Nel presbiterio, si trova il pregevole altare maggiore, con statue e rilievi, del tedesco Enrico Merengo (Heinrich Meyring); il paliotto marmoreo, presenta i tre rilievi: la Cena di Emmaus, Ultima Cena, Cristo in casa del fariseo Simone, di Tommaso Rues. L'ancona, ospita la pala del Tintoretto raffigurante la Resurrezione di Cristo con i santi Cassiano e Cecilia. Ai lati sempre di Jacopo Tintoretto troviamo a destra La discesa al Limbo, a sinistra La Crocefissione.
La Cappella laterale a destra del presbiterio è nota come la Cappella della Visitazione, in omaggio alla Scuola della Visitazione. Qui troviamo tre opere di Leandro Bassano: sopra l'altare L'incontro di Elisabetta e Maria, a sinistra L'annunciazione a san Zaccaria, a destra La nascita di Giovanni Battista.
Passando alla navata sinistra nel primo altare si trova la pala di Matteo Ponzone che rappresenta Cristo in croce e quattro santi ai suoi piedi: Lorenzo, Domenico, Francesco e Bernardo. Nel 1652 il Capitolo della chiesa concesse alla famiglia Minelli di Bergamo di costruire questo altare in ringraziamento della entrata nella nobiltà veneziana. Superata la porta della sagrestia ed il fonte battesimale, troviamo il secondo altare con la pala di Lattanzio Querena, raffigurante Sant'Antonio che riceve dall'Angelo Gesù Bambino.
Ritornando alla porta della sagrestia, si entra in un ambiente unico a Venezia: la cappella di San Carlo Borromeo, nota anche come la cappella dell'abate Carlo del Medico che la commissionò nel 1746. Esempio di ambiente rococò, sul soffitto un affresco di Giambattista Pittoni Gloria di santa Cecilia e san Cassiano. Dello stesso autore è la piccola pala sopra l'altare con la Vergine con il Bambino ed i santi Carlo Borromeo e Filippo Neri. La cappella estremamente elegante è circondata da dossali lignei, sopra i quali a destra troviamo un Martirio di San Cassiano di Antonio Balestra ed un'Orazione nell'orto di Leandro Bassano.
Si consiglia di verificare la corrispondenza degli orari di apertura contattando direttamente la struttura.