La chiesa fu costruita a partire dal 1322 per volere della Repubblica fiorentina in ringraziamento della vittoria riportata dai Guelfi sui Ghibellini aretini a Campaldino l' 11 giugno 1289 festa di San Barnaba.
ll vasto convento, realizzato nel corso del Trecento, fu inizialmente degli Agostiniani, poi dei Carmeliani riformati e dal 1522 della Carmelitane dell'osservanza provenienti dall'Oratorio di Santa Maria della Pace in Via San Gallo.

     Dopo la soppressione ottecentesca il complesso fu acquistato dal letterato patriota Giovan Battista Niccolini e, da allora, gradualmente frazionato e destinato ad usi diversi, invadendo anche il verde circostante con la costruzione di nuovi edifici.

     La struttura esterna della chiesa semplice e disadorna con la facciata a capanna, il portale ogivale reca gli stemmi del popolo di Firenze della parte Guelfa e un giglio.
La lunetta raffigurante la Madonna in trono con il Bambino benedicente, in terra policroma, commissionata dall'Arte dei Medici e Speziali e attribuita alla bottega di Giovanni della Robbia.

     L'interno, ristrutturato nel Settecento, e caratterizzato dal coro pensile delle monache, sorretto da colonne doriche a volte a crociera, che occupa la zona di ingresso spartita in quel punto in tre navate, secondo schemi analoghi adottati in altre chiese conventuali. Sulle pareti della restante navata, coperta da un alto soffitto barocco a cassettoni intagliati e dorati eseguito da Giovanni Veracini, si collocano i grandi altari in pietra.

     ll baldacchino con colonne tortili che incornicia l'altar maggiore, l'organo, i medaglioni sulle pareti e le altre decorazioni a stucco, opera di Gaetano ed Alessandro Gori, caratterizzano ulteriormente il gusto settecentesco di impronta fiorentina assunto dall'edificio.
-Al 2° altare a destra: Deposizione di Cristo, di Bernardino Poccetti (firmata e datata 1596).
- Alla parete di fondo del presbiterio: Assunzione della Vergine di Fabrizio Boschi (sec. XVII), proveniente dal monastero di Santa Lucia, in Camporeggi - Al 2° altare a sinistra: Annunciazione, di Giovanni Camillo Sagrestani (fine sec. XVII)
- Fra il 2° e il 1° altare: San Clemente di Cenni di Francesco a San Michele Arcangelo, di Lorenzo di Bicci (affreschi del sec. XVI. 1° altare: Madonna col Bambino e i Santi Bernardo e Benedetto, di Pierfrancesco Foschi (sec. XVI)

     Per la chiesa di San Barnaba, Sandro Botticelli aveva dipinto la celebre pala, oggi agli Uffizi, raffiguarnte la Madonna col Bambino tra i Santi Barnaba, Agostino, Caterina, Giovanni Battista, Ignazio e Michele Arcangelo e Angeli, detta appunto "Pala di San Barnaba".