La chiesa sorse sul luogo di un tempio pagano del II secolo a. C. ed è documentata per la prima volta nel 1081.
In quell'anno vicino alla chiesa era stato fondato un convento di monache Benedettine, dette le signore di Santa Croce, che furono obbligate da Cosimo I de' Medici a trasferirsi entro le mura, dopo la costruzione della nuova cinta muraria.
L'esterno della chiesa ha conservato le strutture del XII secolo soltanto nell'abside, caratterizzata da influssi di stampo ravennate riconoscibili negli archetti pensili aggettanti su mensole e coronati da una decorazione in laterizio.
La facciata è stata ricostruita.
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