La construction de l’église paroissiale Pieve di San Martino à Palaia remonte à la seconde moitié du XIIIe siècle, lorsqu'une nouvelle paroisse a été créée, détachée de la paroisse précédente de San Gervasio. De grandes dimensions, elle se trouve juste à l'extérieur des murs de la ville, au nord.
L'église paroissiale est un bâtiment dont la façade est plutôt uniforme, bien qu'elle ait été restaurée plusieurs fois au cours des siècles. D'après les études réalisées sur sa structure architecturale, il semble qu'il y ait eu plusieurs époques de construction, et les nombreuses différences stylistiques permettent de supposer plusieurs phases de construction. Néanmoins, le style qui émerge le plus est le roman tardif.
L'intérieur se compose de trois nefs de cinq travées avec des colonnes en brique, un presbytère surélevé et trois chapelles latérales. À l'intérieur, on trouve également des fonts baptismaux hexagonaux, un bénitier et un grand bassin en marbre, vraisemblablement utilisé pour le rite baptismal de l'immersion, provenant de l'église de Santa Maria da Ripezzano, qui n'existe plus.