La chiesa è stata costruita nel 1443 adattando una casa con torre, nella quale si credeva fosse stato imprigionato Sant’Ansano. La facciata è più ampia ed alta rispetto all'interno, e mantiene i caratteri di un’abitazione, ad eccezione dell’oculo quattrocentesco. Al di sotto del piccolo campanile a vela è possibile vedere l’imposta della porta del Cassero. Sopra il portale di ingresso vi è una lunetta affrescata da Francesco Rustici con la rappresentazione della “Madonna con Bambino tra i Santi Ansano e Caterina”. All'interno, l’aula risulta piccola e irregolare in quanto adattamento di una preesistenza, limitata a ovest e a sud dalle antiche mura di Castelvecchio. L’altare maggiore intorno al 1617 fu arricchito dalla pala con la “Condanna di Sant’Ansano", sempre di Francesco, e dagli affreschi del padre Vincenzo Rustici rappresentanti “Dio Padre” e l’”Annunciazione”. Sulla parete sinistra, infine, troviamo due affreschi frammentari attribuiti alla mano del Maestro di Sant’Ansano.