L’église et le couvent de San Domenico ont été fondés par des frères dominicains vers le milieu du XIIIe siècle, à proximité du deuxième mur d’enceinte de Pistoie, entre la ville et la campagne. L’édifice, en forme de croix latine, se compose d’une nef unique avec des fermes en bois et d’un transept avec une voûte d’arêtes, le long de laquelle se développent les absides. La structure a subi de profondes transformations, notamment au cours du XVIIe siècle, lorsque les anciens vitraux ont été remplacés par des fenêtres baroques.
L’église fut l’un des lieux de prédilection de la ville pour le pape Clément IX de Pistoie, né Giulio Rospigliosi, qui, entre 1668 et 1670, fit placer sur les murs du transept quatre monuments funéraires, dont celui de ses parents, tous réalisés à Rome dans l’atelier de Gian Lorenzo Bernini. Sur la contre-façade de l’église, le mécénat de la famille Rospigliosi a permis de créer l’imposant chœur en bois qui abrite l’orgue, construit en 1613 par Cosimo Ravani de Lucques et restauré en 1663 par le Flamand Willem Hermans à la demande du futur pape Giulio Rospigliosi.