La chiesa di Mirteto, costruita in conci squadrati di calcarenite (comunemente detta verrucano), rifilati con lo scalpello e spianati con uno strumento a punta singola, presenta un'icnografia a navata unica con abside. La tecnica costruttiva isodoma, a filari orizzontali e paralleli, trova riscontro in strutture religiose e monastiche collocate nei dintorni, a testimonianza della presenza di maestranze itineranti che diffusero il loro sapere in maniera capillare sul territorio. L'edificio è stato costruito seguendo la lieve pendenza del terreno, che si presenta nella direzione trasversale della navata. L'abside è orientata canonicamente a est. L'edificio presenta due curiosità. La prima è l'assenza di monofore sul fianco esposto a nord, verso la montagna e quindi più freddo, mentre sono presenti sul lato meridionale che si affacciava sugli spazi monastici. La seconda è la presenza di tre aperture strombate nell'abside. Queste permettevano a chi si trovava all'interno della chiesa di avere un'ampia visuale sulla strada che sopraggiungeva dal monte: si trattava di una sorta di accorgimento difensivo, ben comprensibile in un territorio così prossimo al confine con il territorio lucchese. La chiesa oggi risulta scoperchiata e sprovvista di arredi sacri. Caratteristiche sono le nicchie portalampade che si aprono nella muratura interna e che servivano ai monaci per illuminare la chiesa nelle ore notturne di preghiera. Il monastero, che si sviluppa a lato della chiesa, è oggi in rovina. Era costituito da un edificio a due piani a cui si accedeva dalla vallata di Asciano attraverso un portale in pietra con arco a sesto ribassato. Al piano terreno si trovavano i tinai, ancora in parte visibili, i magazzini e il frantoio; al piano superiore erano sistemati il dormitorio ed altre stanze di uso comune. Non abbiamo notizie certe relative alla fondazione di questo monastero; le strutture monastiche risultano attestate per la prima volta nel 1150, quando dall'ordine camaldolese vengono passate all'ordine cistercense. Il complesso monasteriale ha funzionato come tale fino al 1472, quando è stato prima annesso ai monasteri di San Remedio di Pisa e di San Michele alla Verruca e quindi affittato ai privati come struttura produttiva finalizzata allo sfruttamento delle risorse del territorio. Dopo questa trasformazione d'uso sono stati costruiti e annessi al complesso un metato per l'essicazione delle castagne e altri edifici rurali, costruiti tra il XVIII e il XIX secolo. Al monastero apparteneva anche il mulino situato a valle.