A principios del siglo XVI solo se conservaban algunos restos de la iglesia original: en una pared todavía había un fresco con la Virgen con el niño y San Francisco, obra realizada en Siena en el siglo XIV, a la que se atribuyeron eventos milagrosos en 1518.

El ambicioso proyecto fue apoyado por el Papa León X, que había sido educado por Agnolo Poliziano, natural de la ciudad toscana.

La fachada principal, cuyo esquema de composición se repite con alguna variante ornamental, en los dos laterales que constituyen las paredes terminales del crucero, está dividida en dos alturas con un marcado entablamento, desde el friso hasta los triglifos y metopas que atraviesan el perímetro del templo.

[6]​ Además, la volumetría ponderada, cubierta de travertino, se articula mediante exploraciones eurítmicas, al igual que los numerosos elementos ornamentales (pilastras, semi-columnas, hornacinas, tímpanos, ménsulas, óculos) que dan vida a un verdadero catálogo de estética renacentista.

El tejado consta de una doble cubierta con un espacio intermedio, estrecho por el centro y que termina en la parte superior con una linterna, adornada con ventanas.

Cerca del muro del ábside (el ábside semicircular, visible externamente, constituye la sacristía) se encuentra el altar mayor, caracterizado por el rico dosel de mármol, obra de Giannozzo y Lisandro di Pietro Albertini, quienes lo construyeron en 1584.