Il tempio fu costruito in stile romanico pisano nel X sec. lungo la riva sinistra del fiume Arno nel quartiere di Chinzica, la facciata tuttavia risale a qualche secolo dopo, precisamente nel XII sec., essa presenta una decorazione a fasce di marmo di colori alterni, nella prima sessione fu realizzata una sequenza di archi acuti e a tutto sesto, sopra dei quali si trovano tre ordini di logge.

L'interno della chiesa è suddiviso in tre navate, sorrette da colonne di granito ornate da capitelli di opera lombarda, sui quali poggiano archi a sesto acuto, le navate terminano in altrettante absidi ornate da una vetrata del '300 raffigurante Cristo in mezzo a nove apostoli.

Dietro l'abside si trova la chiesa duecentesca intitolata a Sant'Agata a pianta ottagonale culminante con una cuspide. La piccola chiesa presenta una sequenza di archi ciechi intervallati da colonne in laterizio, all'interno di queste sezioni si aprono per lato una sequenza di trifore con colonne marmoree e sovrastate da un oculo. L'interno semplice si ritrova spoglio, gli affreschi risalenti al XIII sec. sono ora mai un'ombra alle pareti. La cappella fu voluta per ringraziarsi la santa siciliana dopo la vittoria della flotta Pisana su quella Saracena durante la battaglia a Palermo.

La chiesa fu utilizzata dal vescovo, durante la costruzione del Duomo, per la celebrazione delle funzioni religiose.

L'edificio dopo i bombardamenti della grande guerra subì gravi danni, i quali furono in gran parte rimarginati a seguito dei restauri successivi.