I frati minori si stabilirono in questa località fin dal 1229, epoca in cui la Chiesa era sicuramente di piccole dimensioni, così come anche il convento.
Pare che a quel tempo la Chiesa si chiamasse Santa Croce in virtù di una reliquia del legno della Santa Croce regalata da Filippo il Bello a Musciatto dei Franzesi e da questi ai frati minori. Tra la fine del XIII e l'inizio del XIV secolo fu edificata la chiesa attuale. Il rivestimento della facciata reca ancora i segni dell'antica costruzione, che alternava marmo verde a pietra chiara.
La facciata è preceduta da un portico rinascimentale che gira anche lungo il convento, sul lato sinistro; sul lato destro della Chiesa vi sono invece abitazioni a schiera cinquecentesche.
Dal lato sinistro della Chiesa si accede, tramite una porta, ad un chiostro che reca nelle lunette resti di affreschi secenteschi quasi del tutto illeggibili, e dal chiostro si accede a sua volta alla sala capitolare con porta ad arco acuto affiancata da due bifore trilobate del XIV secolo oggi trasformata in cappella e dove si custodisce un affresco trecentesco con la Crocifissione, già attribuito al Maestro di Figline, una tela settecentesca raffigurante San Francesco in preghiera ed una tavola con la Madonna col Bambino dipinta da Giovanni del Biondo.
L'interno della Chiesa è costituito da un'unica navata con transetto poco sporgente e tre cappelle terminali: la cappella maggiore è a pianta quadrangolare e le due cappelle minori si trovano ai lati come prevede lo schema delle chiese degli ordini mendicanti.
L'aspetto attuale della chiesa è dovuto ad una completa ristrutturazione della Chiesa, della sala capitolare e del chiostro, affidata dai frati all'architetto Cerpi nel 1926. Questo intervento ha rivelato la presenza d' importanti affreschi, alcuni dei quali recentemente restaurati come il ciclo affrescato dal pittore fiorentino Francesco d'Antonio che raffigura a sinistra l'Annunciazione e Incoronazione della Vergine e a destra la Crocifissione e santi.
La parete sinistra della navata presenta un affresco con la Madonna Assunta che dona la Cintola a san Tommaso, mentre nella cappella che si apre sul transetto sinistro, è situata una copia moderna di un polittico del 1424 di Mariotto di Nardo mentre il transetto destro è adornato da un affresco trecentesco con Cristo in pietà e santi.