Individuata come uno dei principali edifici gotici della Provincia di Lucca, la chiesa si impone dalla gradinata sulla piazza centrale di Pietrasanta con la sua cieca facciata, appena alleggerita dalle tre grandi arcate a tutto sesto che però non indicano la reale partizione del grande volume interno che resta indiviso. Alla sommità, una loggetta caratterizzata da una serie di archettatture polilobate è posta a coronamento. Costruita dai padri agostiniani con l’aiuto economico dei mercanti lucchesi attorno alla metà del sec. XIV, rispecchia nell’aspetto l’austerità dell’impostazione monastica. I principali cambiamenti nell’impianto risalgono al Cinquecento, quando furono chiuse le tre bifore che alleggerivano i lati, sostituite da quattro bucature quadrangolari.
L’interno è a una navata con soffitto a capriate, contiene un altare dell’Annunciazione, attribuito a Stagio Stagi.
Alla fine del 1700 risale invece la costruzione del campanile unico elemento che fino ad allora mancava ad uno dei più grandi complessi monastici del comprensorio, caratterizzato da un ampio chiostro oggi spazio espositivo per mostre d’arte contemporanea e spazi conventuali caduti poi in disuso durante il periodo napoleonico. Nella sagrestia si conservano stucchi dorati del sec. XVII e bassorilievi con la Vita di S. Agostino. Il chiostro sulla destra della chiesa, con Storie di S. Agostino, affreschi di Astolfo Petrazzi.
Una curiosità: la chiesa è legata alla figura di padre Eugenio Barsanti, ideatore con Felice Matteucci del primo motore a scoppio, qui infatti celebrò le prime funzioni e qui, nel 1933, venne collocato un busto commemorativo a lui dedicato.