L'architettura riprende elementi derivati dall'arte monastico-borgognona (semicolonne pensili della facciata), forse dovute alla vicinanza con la strada Francigena e altri di influsso artistico lombardo, come nel tiburio. E' realizzata interamente in blocchi di bianco travertino.
Sulla destra della facciata, arricchita da arcatelle cieche, rimangono gli avanzi dell'antico chiostro che era situato anteriormente alla chiesa. Ad esso appartengono le due semicolonne sormontate da capitelli: uno è decorato con un uccello dal lungo collo e grande becco, inserito tra due foglie di palma stilizzate, l'altro da due figure umane, una maschile e una femminile (forse Adamo ed Eva) separate da un albero (forse l'albero proibito).
Sui fianchi, lungo tutto il sottotetto della chiesa, si notano una serie di arcatelle cieche sorrette da mensoline e coronate da una cornice con tralci, intrecci e animali; altre decorazioni rivestono esternamente anche il tiburio.
Nella facciata vi sono ornati in pietra a semplici motivi lineari alternati da croci e figure leonine. Ma la particolarità della chiesa sono le bellissime testine umane stilizzate, scolpite a tutto tondo e tutte diverse tra loro.
L'interno si presenta ad unica navata a croce latina sul tipico modello delle chiese vallombrosane . Lo spazio tra l'aula e il presbiterio con i transetti è separato da un arcone a risega poggiante su semicolonne pensili, motivo tipico delle chiese vallombrosane fiorentine.
La zona del presbiterio è suddivisa in tre sezioni ben distinte: le due sezioni laterali formate dai bracci dei transetti che presentano una volta a botte e l'abside profondamente incassata nella muratura a sacco.
L'aula ecclesiale è coperta a capriate in bella vista. Sulla parte destra è posto il portale che dà accesso al monastero e tre monofore molto simili ma disassate rispetto a quelle sulla sinistra. Addossate alle pareti laterali vi sono delle semicolonne che presentano dei capitelli con pulvini molto sporgenti.
Una volta entrati in chiesa i primi due che si incontrano sono quelli che decorano le semicolonne al centro della navata e mostrano entrambi due figure di oranti o forse di cariatidi divise da una colonna e vestite con tuniche di diversa foggia; le figure di sinistra rappresentano due monaci minacciati da un serpente. I capitelli posti per sostenere l'arcone centrale presentano una decorazione a fogliame ma hanno i pulvini decorati a racemi e fiori a cinque punte. Tutti gli altri capitelli presentano una semplice decorazione a fogliami.