Die Kirche Sant'Agostino ist eines der wichtigsten religiösen Bauwerke von San Gimignano, da hier zahlreiche Werke aus dem Mittelalter und der Renaissance erhalten sind. Die Kirche ragt auf dem gleichnamigen Platz auf und wurde in den letzten beiden Jahrzehnten des 13. Jahrhunderts erbaut.
Die von Häusern umgebene Kirche, die an das Augustinerkloster angrenzt, ist von außen schlicht gehalten. Ihr Backsteinbau mischt romanische und gotische Elemente und ergibt so eine sehr solide und feierliche Wirkung. Die strengen Mauern werden von hohen und schlanken einbogigen Spitzbogenfenstern unterbrochen, während der obere Teil über die gesamte Länge kleine Dreipassbögen aufweist. An der Fassade öffnen sich eine einzelne mit einem Terrakottagesims verzierte Rosette und das Hauptportal, obwohl sich der Eingang der Kirche an der Seitenwand befindet.
Der Reichtum der Innenausstattung gleicht die strenge Schlichtheit des Äußeren aus. Von den verputzten Wänden des einzigen Kirchenschiffs hebt sich eine doppelte Altarreihe ab und diese sind mit zahlreichen Fresken aus dem Mittelalter und vor allem aus der Schule der Renaissance verziert. Hier kann man Werke von Francesco Fiorentino, Vincenzo Tamagni und Bartolo di Fredi aus dem 15. Jahrhundert bewundern sowie Fresken von Lippo Memmi und eine Skulptur von Francesco di Valdambrino.
An der hinteren Wand mit dem Hauptaltar befinden sich drei Kapellen: In die Hauptkapelle gelangt man durch einen Spitzbogen und die von Benozzo Gozzoli mit Fresken verzierten Wände zeigen den Zyklus der Geschichten aus dem Leben des Heiligen Augustinus. Vor den beiden Seitenkapellen dagegen befinden sich Spitzbögen und die rechte Kapelle ist reich verziert, mit einem Altarbild, das eine Geburt Marias von Vincenzo Tamagni aus der ersten Hälfte des 15. Jahrhunderts darstellt, doch vor allem mit dem Zyklus Leben der Jungfrau, der von Bartolo di Fredi in der zweiten Hälfte des 14. Jahrhunderts gestaltet wurde. Die letztgenannten Werke sind von besonderer Bedeutung, da sie offenbar stark von den Fresken inspiriert sind, die ursprünglich die Fassade der Santa Maria della Scala in Siena schmückten: Diese von Simone Martini und der Familie Lorenzetti gemalten Bilderzyklen sind leider verloren gegangen.
Die Innenfassade der Kirche, an der sich der Eingang befindet, ist ebenfalls mit drei Bögen verziert, die zu denen an der Stirnwand der Kirche spiegelsymmetrisch sind. Das Hauptportal in der Mitte wird von einem Spitzbogen überragt, während die beiden Seitenkapellen von Rundbögen gekrönt werden. Links vom Eingang ist der Raum, der San Bartolo gewidmet ist, von besonderem künstlerischem Interesse: Neben dem Marmoraltar, der im 15. Jahrhundert von Benedetto da Maiano geschaffen wurde, ist in der Kapelle der Originalfußboden aus Majolikafliesen von Andrea della Robbia erhalten. Die Fresken an den Wänden stellen auf der einen Seite den Heiligen Ambrosius, den Heiligen Augustinus, den Heiligen Hieronymus und den Heiligen Gregor und auf der anderen Seite die Heiligen Geminianus, Lucia und Nikolaus dar.