De middeleeuwse gotische kerk uit de 14de eeuw had oorspronkelijk een gevel met witte en groene marmeren banden, in de stijl van de zijmuren van de kathedraal van Siena, en een vijftiende-eeuws portaal en roosvenster van Francesco di Giorgio Martini. De huidige gevel dateert uit 1913 en heeft geen charme of artistieke waarde. Het enige oorspronkelijke element is het rozet.

De campanile is in 1763 gebouwd door Paolo Posi en Filippo Francini. De voorheen nog eenvoudigere gevel werd van 1894 tot 1913 bekleed door Vittorio Mariani en Gaetano Ceccarelli. Het renaissancistische portaal van Francesco di Giorgio uit de tweede helft van de 15e eeuw werd bij deze gelegenheid verwijderd en vervangen door een neogotisch marmeren portaal.

De kerk is vooral bekend door de muurschilderingen van de gebroeders Lorenzetti. Verder verdienen ook enkele grafmonumenten aandacht en een mooie Gesù in pietà van Lippo Vanni.

Er loopt ook een pad rond de kerk, wat een geweldig uitzicht geeft op de oude stadsmuren en de apsis van San Francesco. Op aandringen van Paus Pius II Enneo Piccolomini, wiens ouders in de San Francesco kerk begraven waren, werden de muren uitgebreid om de kerk te kunnen omvatten. Op de linkermuur van de absis hangen nog twee medaillons in schelpvorm van Silvio Piccolomini e Vittoria Forteguerri, de ouders van de paus. Het zijn de resten van een graftombe van Antonio Federighi uit 1459.

Links van de kerk kan je langs de Via di Sinitraia naar de stadsmuren wandelen. Op het einde is rechts een pad dat je rond de kerk leidt. Nog iets verder, op het einde van de Via di Sinitraia bevinden zich de roltrappen die leiden naar de Via Baldassarre Peruzzi.

Rechts op het plein voor de kerk kan je via de Condominio Bardini de Fonti di Follonica bereiken.

Het interieur van de kerk is niet interessant maar herbergt enkele bijzondere kunstwerken die een bezoek absoluut rechtvaardigen. Op de tegengevel zien we de overblijfselen van twee 14e-eeuwse graven, en twee grote fragmentarische fresco's uit de stadspoorten Porta Romana en Porta dei Pispini: een Incoronazione della Vergine door Sassetta en Sano di Pietro (1447-1450) en een Natività van Il Sodoma (1531).

De twee transepten zijn uitgerust met talrijke kapellen. Beginnend aan de rechterkant zijn dit de Cappella de ’Docci, Cappella delle Particole, Cappella del Sacramento, Cappella della Concezione, Cappella delle Terziarie en de Cappella Palmieri. Daarna volgt de Cappella Centrale met het hoofdaltaar van Leopoldo Maccari en Giuseppe Partini. De eerste kapel links van het hoofdaltaar is die van de Piccolomini d'Aragona, gevolgd door de Cappella Bandinelli, Cappella Bandini Piccolomini en Cappella Saracini.
De belangijkste kunstwerken in de kerk zijn het Martirio di cinque frati francescani van Ambrogio Lorenzetti en de Crocefissione van Pietro Lorenzetti.
Belangrijke werken zijn

Ambrogio Lorenzetti, il Martirio di frati francescani e San Ludovico di Tolosa che si congeda da Bonifacio VIII, Capella Bandini Piccolomini;

Pietro Lorenzetti, Crocifissione, Capella Piccolomini d'Aragona Todeschini;

Gesù in pietà e i quattro evangelisti (1370), Cappella del Sacramento, van Lippo Vanni;

Grafmonument van Cristoforo Felici, Cappella delle Terziarie, het meesterwerk van Urbano da Cortona (1462);

Madonna e il Bambino (Cappella Palmieri), waarschijnlijk van Andrea Vanni, ca. 1398, door de brand in 1655 zwaar beschadigd;

Discesa di Cristo al Limbo, Domenico Beccafumi, 1530-1535 circa, nu in de Pinacoteca nazionale di Siena.