Fondata nel 1275 e terminata all'inizio del Trecento. La chiesa si innalza sulle pendici del colle, in cima al quale domina il duomo, è dentro il cerchio delle mura medicee, con cui confìna. Ha la tipica struttura delle chiese domenicane e francescane di quel periodo con uno stile definito spesso gotico mendicante: la navata unica risponde bene alle esigenze della predicazione (il titolo ufficiale dei domenicani è appunto quello di «frati predicatori»). Il soffitto è a capriate in legno con agili disegni ornamentali.

L'abside, al cui centro domina il Crocifìsso di Cimabue si articola in tre cappelle; le due laterali, più piccole, prendono luce da due fìnestre lunghe e strette; la cappella centrale con l'altare (in pietra, snellito da colonnine) è illuminata da una vetrata trifora, la quale, per alcuni particolari architettonici, richiama la vetrata di S. Maria Novella (anch'essa domenicana) confermando l'ipotesi che gli architetti siano stati gli stessi di S. Maria Novella: i due frati domenicani Fr. Sisto e Fr. Ristoro, mentre secondo il Vasari il disegno sarebbe di Niccolò Pisano.

La navata è illuminata da 12 monofore gotiche, sei per lato, tutte inquadrate, così come l'abside, dal motivo bianco-nero, che richiama l'abito dei domenicani. Queste finestre, man mano che si avvicinano all'abside, si avvicinano tra di loro dando così un armonico senso di profondità.