La chiesa è situata nei boschi sopra la località Antinoro, un luogo sede di un insediamento romano di cui sono rimaste un'iscrizione trovata nel cimitero e alcuni frammenti ripiegati nell'edificio ecclesiastico. La prima notizia sulla chiesa di San Michele risale al 1243, quando risulta inserita nello scomparso castello di Luciano di proprietà dei Conti Alberti; nello stesso documento è riportato l'atto di giuramento che il suo rettore fece al pievano di Signa, pieve da cui dipendeva nonostante la grande distanza che le separava. Negli anni seguenti la situazione economica della chiesa fu sempre difficile e instabile, ma questo non impedì al rettore, prete Michele, di permutare la chiesa di Luciano con la pieve di Signa in data 3 aprile 1319. La situazione territoriale della parrocchia è ben spiegata in un atto del 31 ottobre 1306 quando fu rogato un Attum in populo Sancti Michaelis de Luciano de communi Montislupi in castro domini baldi de frescobaldi; a quel tempo quindi la chiesa di Luciano era nel comune di Montelupo e di patronato della famiglia Frescobaldi. Il territorio della parrocchia andò incontro ad un rapido spopolamento e già nel 1422 fu annessa alla vicina chiesa di San Vito. Dopo annessione alla chiesa venne comunque unita la chiesa di San Mamante situata presso Signa ma la chiesa di Luciano continuò lentamente a decadere. Il 15 giugno 1575, in occasione di una visita apostolica, venne trovata in completa rovina. L'abside semicircolare è affrescata con una scena raffigurante il Giudizio Universale col Cristo tra la Madonna e San Giovanni Battista contornati di angeli che suonano le trombe, opera di un ignoto artista dei primi del XV secolo. In facciata sono presenti alcuni conci marmorei di origine romana. Probabilmente in seguito i Frescobaldi finanziarono il suo restauro ma oggi la chiesa si trova in uno stato di completo abbandono.