È citata, con l'annesso convento, dal 1097. Fra il 1297 e il 1313 fu ampliata dagli Agostiniani, forse ad opera di Giovanni Pisano.
Nella facciata presenta lesene, archi ciechi e losanghe, ed è decorata da tarsie del XII secolo. Fu ristrutturata nel Seicento con l'inserimento di altari e della cappella del Sacramento (Matteo Nigetti, 1614). Conserva dipinti su tavola, la trecentesca Madonna col Bambino di Francesco Traini e San Nicola salva Pisa dalla peste del XV secolo, tele del Maruscelli e di Giovanni Bilivert e sculture lignee dei secoli XIV-XV, Crocifisso di Giovanni Pisano, Madonna col Bambino di Nino Pisano, Annunciata di Francesco di Valdambrino. Pregevole anche il grande organo Balbiani-Tamburini situato parte sulla tribuna d'ingresso.
Un passaggio coperto sostenuto da archi attraversa la strada ed entra nella Torre De Cantone, e da questa nel Palazzo delle Vedove, dove vissero alcune donne di Casa Medici: così esse potevano recarsi alla messa senza scendere in strada.
Il Campanile a pianta ottagonale, il più caratteristico della città dopo la Torre pendente, risale forse alla seconda metà del XIII secolo ed è leggermente inclinato e interrato rispetto al piano del calpestio attuale. La pianta con arcate cieche su ciascun lato che culminano con ovali e losanghe al disotto degli archi. La cella campanaria invece è un prisma a base esagonale, con una monofora su ciascun lato sulla quale si affacciano le campane, ed è circondata da una galleria ad archetti sostenuta da colonnine, mentre la copertura è piramidale.
Tutto è ravvivato da una raffinata policromia per l'uso di diversi tipi di pietre: verrucano grigio chiaro nel corpo inferiore, pietra panchina livornese grigio scuro nella cella campanaria, colonnine in marmo apuano bianco e in granito proveniente dall'Isola d'Elba e inserti in calcare grigio di San Giuliano Terme.