La chiesa sorge al centro del vasto complesso plebano di Villamagna e consiste in una piccola basilica a tre navate conclusa con abside circolare e dotata di torre campanaria. La struttura della chiesa è databile all'XI secolo. Presenta un paramento murario esterno in bozze di calcare alberese disposte a filaretto con abbondanti letti di posa, ora stuccati a cemento.
La facciata a salienti mostra all'esterno la divisione spaziale dell'interno. Al culmine è coronata da una cornice in cotto che la unisca al complesso della canonica posto a meridione. Al centro si apre il portale che come l'occhio sovrastante è frutto del restauro novecentesco. Le fiancate sono entrambe nascoste dagli edifici adiacenti ma il claristorio è visibile ed è aperto da una serie di monofore.
La tribuna, molto bella, è caratterizzata dal volume dell'abside nella cui superficie si apre una finestra, forse in sostituzione di una monofora, inquadrata da due lesene che fanno da sostegno ad una cornice composta da arcatelle pensili in calcare. Tra il volume dell'abside e il culmine del tetto si apriva un tempo una monofora a doppio strombo, oggi tamponata.
Sulla destra si trova il campanile a torre. Presenta una pianta quadrata ed è suddiviso in sei piani, l'ultimo dei quali realizzato dopo la seconda guerra mondiale. Nel fusto della torre ci sono poche aperture ma bella è la monofora con ghiera bicroma; i piani superiori sono aperti da ampie bifore divise da colonnine in marmo e profondi pulvini.
L'interno, a tre navate spartite da sei archeggiature a tutto sesto poggianti su pilastri quadrilateri, è abbastanza spoglio ma misurato nei rapporti
La quarta e quinta campata di destra sono decorate da affreschi quattrocenteschi. Al posto dell'ultima campate di destra si trova la base del campanile al quale si accede attraverso un portale con archivolto e ghiera in pietra e cotto alternati.
È ricchissima di opere d'arte. Nella navata destra si trova una tavola con riprodotta la Madonna col Bambino in Trono e due Santi opera di un ignoto pittore fiorentino dei primi del XVI secolo, una tela del tardo XVII secolo raffigurante San Domenico e Santa Caterina in adorazione e un bassorilievo con la Madonna col Bambino, opera di Lazzaro Cavalcanti detto il Buggiano. A Metà della navata si trova il trittico di Mariotto di Nardo del 1394. Nella testata della navata di destra si trovano un organo opera della ditta Agati e alcuni affreschi attribuiti al Maestro di Signa: tali affreschi raffigurano un piccolo ciclo in cui sono riconoscibili tracce della Crocifissione con la Maddalena e San Donnino e un paliotto monocromo con raffigurata la Madonna e Santi.
Nel presbiterio, sotto l'altare maggiore si trova l'arca contenente il corpo del beato Gherardo da Villamagna mente sopra l'altare maggiore si trova un Crocifisso processionario.
Nella testata della navata sinistra si trova la tela raffigurante la Madonna con il Bambino, San Donnino e San Gherardo opera di Francesco Granacci. Alla metà circa della navata, sopra un altare, collocata dentro una cornice rinascimentale si trova la Madonna in trono con il Bambino e i santi Giovanni Battista, Nicola, Donnino e Sebastiano opera di David Ghirlandaio. Lo stesso altare è affrescato dal Maestro di Signa con scene raffiguranti il Presepe, Cristo in Pietà e Dio Padre e gli Evangelisti.
Sopra il fonte battesimale si trova una tavola con raffigurati San Giovanni Battista e Sant'Antonio Abate e San Francesco che riceve le stimmate, opera della metà del XIV secolo attribuita a Jacopo di Cione.
