La chiesa e il convento di San Domenico vennero fondati dai frati domenicani intorno alla metà del XIII secolo a ridosso della seconda cerchia muraria di Pistoia, tra la città e la campagna. L’edificio, a croce latina, è composto da una navata unica a capriate lignee e dal transetto con volta a crociera, lungo il quale si sviluppano le absidi. La struttura ha subito profonde trasformazioni, in particolare durante il XVII secolo, quando le antiche vetrate vennero sostituite dai finestroni barocchi.
La chiesa è stata uno dei luoghi della città più amati dal papa pistoiese Clemente IX, nato Giulio Rospigliosi, il quale, tra il 1668 e il 1670, fece collocare sulle pareti del transetto quattro monumenti funebri, tra cui quello dei genitori, tutti realizzati a Roma nella bottega di Gian Lorenzo Bernini. Nella controfacciata della chiesa, il mecenatismo dei Rospigliosi realizzò l'imponente cantoria di legno che ospita l'organo che, costruito nel 1613 da Cosimo Ravani di Lucca, fu restaurato nel 1663 dal fiammingo Willem Hermans proprio per volere del futuro Papa Giulio Rospigliosi.