La chiesa di San Francesco risale al 1289. Fu eretta dove sorgeva quella di Santa Maria Maddalena al Prato, ceduta ai Francescani nel 1248. Quando l’edificio si fece troppo piccolo per l’aumento dei religiosi, iniziarono i lavori per la nuova chiesa ed il convento. La costruzione andò a rilento e fu portata a termine solo verso la metà del XIV secolo. Il convento venne ampliato nel XV, mentre nel XVII il chiostro grande venne ristrutturato con l’affresco delle lunette con Storie di San Francesco e di Sant'Antonio da Padova. Con l’avvento di Napoleone, il convento venne soppresso ed entrò in decadenza insieme alla chiesa fino alla restaurazione del 1926.
La chiesa si presenta semplice, con un impianto in stile gotico, ad una sola navata con copertura a capriate e cinque cappelle absidali, quattro minori e una maggiore con volte a crociera. La facciata fu completata solo fino all'altezza del portale ed è rivestita in travertino policromo bianco e da verde di Prato. Venne restaurata nel XVI secolo e ultimata definitivamente nel XVIII secolo.
Molte delle opere d'arte custodite nella chiesa nei secoli si trovano oggi in altri luoghi, come la duecentesca pala di san Francesco nel Museo Civico e la Madonna con Bambino e angeli di Pietro Lorenzetti oggi agli Uffizi. All’interno si trovano il grande Crocifisso nel transetto destro, dipinto da Maestro ignoto del 1310, le Storie di San Francesco sulle pareti della cappella Maggiore, anch’esse di autore ignoto e la Pietà di Bonaccorso di Cino sulla parete sinistra della navata.
Da sottolineare gli affreschi della sala con pitture raffiguranti, nella parete più vasta, l'Albero della Croce, la Trasfigurazione e la Fondazione di Santa Maria Maggiore, e nelle volte la Gloria del Santo, il Presepe di Greccio, il Miracolo dell'avaro e la Resurrezione del Cristo. Molto probabilmente l’autore fu Antonio Vite.