San Miniato fu il primo martire della città. Era probabilmente un mercante greco o un principe armeno in pellegrinaggio a Roma. Si racconta che, intorno al 250, arrivato a Firenze, iniziò la vita di eremita e che fu decapitato durante le persecuzioni anticristiane dell'imperatore Decio, andandosene poi dal luogo dell'esecuzione con la sua testa in mano e arrivando dall'altra parte dell'Arno sul luogo del suo eremitaggio e dell'attuale basilica, sul Mons Fiorentinus. In seguito, su questo luogo, fu eretto un santuario e, nell'VIII secolo, una cappella.

La costruzione dell'attuale chiesa iniziò nel 1013 sotto il vescovo Alibrando e proseguì sotto l'imperatore Enrico II. All'inizio era un monastero benedettino, poi passò all'Ordine cluniacense e nel 1373 agli Olivetani, che lo abitano tutt'oggi. I monaci producono famosi liquori, miele e tisane, che vendono in un negozio adiacente alla chiesa.

La facciata fu realizzata in marmo bianco di Carrara e verde di Prato (sec. XII-XIII) e divisa in due ordini raccordati fra loro da tarsie di forma romboidale che alludono all'opus reticolatum, la tessitura muraria romana tipica dell'età imperiale, la stessa ripresa da Leon Battista Alberti nel basamento di Palazzo Rucellai.

Lo spazio all'interno, su tre livelli, si caratterizza con esemplari elementi architettonici in marmo: l'altare, il pulpito, il recinto transennato e il pavimento con motivi ornamentali simbolici e fantasiosi, secondo il gusto romanico. Percorrendo la navata si giunge di fronte a una cappella: la “Cappella del Crocifisso”, concepita da Michelozzo per Piero de' Medici (1448).

Nella sagrestia in fondo alla navata destra si trovano invece gli affreschi di Spinello Aretino con il ciclo completo delle Storie di San Benedetto, della fine del Trecento. Alla metà della navata sulla sinistra si apre la “Cappella del cardinale Portogallo”, realizzata da un allievo di Brunelleschi, come si nota nella struttura architettonica e decorativa che ricorda la “Sagrestia Vecchia”.