Die Kirche Sant'Agostino, die ab 1257 erbaut wurde, liegt an dem gleichnamigen Platz im Altstadtzentrum von Arezzo.
Da die Kirche relativ klein war, wurde bereits 1330 mit umfassenden Ausbauarbeiten begonnen, um ein dreischiffiges Gebäude zu schaffen. Die Arbeiten wurden mehrfach unterbrochen und wiederaufgenommen, bis das Projekt 1491 fortgesetzt und das Gebäude fertiggestellt werden konnte.
Zwischen 1761 und 1766 wurde die Kirche im Zuge neuer Bauarbeiten völlig umgestaltet und um die Hälfte verkleinert: Zu dieser Zeit verschwanden die Freskenzyklen und Tafelbilder, die das Gebäude zwischen dem 14. und dem frühen 16. Jahrhundert geziert hatten.
Das Innere wurde dem künstlerischen Kanon der damaligen Zeit entsprechend umgestaltet: Barock und Rokoko gaben jetzt den Ton an. Ein Beispiel dafür ist die zentrale Apsis, die von Carlo Sproni sowie den Mailändern Giuliano und Francesco Rusca mit weißen und grünen Stuckarbeiten verziert wurde. Die Cantoria (1765) an der Gegenfassade, ebenfalls von Francesco Rusca, ist ein weiteres beeindruckendes Werk.
Ebenfalls aus dem 18. Jahrhundert stammt der hölzerne Chor, der 1771 von Ludovico Paci geschnitzt wurde.
Das Innere beherbergt auch Gemälde aus dem 17. Jahrhundert von Bernardino Santini, einem der bedeutendsten Maler Arezzos des 17. Jahrhunderts. Von ihm stammt auch das hölzerne Kruzifix auf Leinwand mit dem Heiligen Johannes dem Evangelisten und dem Heiligen Franziskus (1642).
Zu den ältesten Werken gehört das fragmentarische Altarbild der Beschneidung des Herrn, das von sechs Händen geschaffen wurde: Niccolò Soggi, Domenico Pecori und dem Spanier Fernando De Coca. Eine interessante Geschichte zu diesem Meisterwerk: das 1506 für die Kirche der Heiligen Dreifaltigkeit (oder Misericordia) geschaffene Werk wurde im 18. Jahrhundert nach Sant'Agostino übertragen. Im Jahr 1922 stahl ein Dieb es und zerlegte es in fünf Teile. Nachdem das Altarbild wiedergefunden und in Sicherheit gebracht worden war, blieb es im Staatlichen Museum für Mittelalterliche und Moderne Kunst von Arezzo, bis es Jahrzehnte später restauriert und in die Kirche zurückgebracht wurde, wo es heute trotz starker Beschädigung bestaunt werden kann.
Die Kirche Sant'Agostino gilt als offizielles Gebäude des Stadtviertels Porta Sant'Andrea und ein elegantes Beispiel für die Barockkunst in Arezzo, wobei ihre schlichte Steinfassade bis heute erhalten geblieben ist und als Zeugnis ihrer Vergangenheit fungiert.