La dedicazione attuale risale al 1474, quando accolse le reliquie del santo. Nel XVI e XVII secolo fu ristrutturata e perse l'aspetto medievale; nella cappella a destra dell'abside rimane un San Martino ad affresco del XII secolo. L'esterno, con paramento in calcare bianco, pausato da lesene, presenta una facciata a doppio ordine completata ai primi del XVII secolo. Attorno al 1720 fu avviata una revisione globale dell'interno, che assunse struttura a tre navate su pilastri con ricco apparato decorativo, articolato in dipinti, sculture e stucchi. Indemaniata nell'Ottocento, dopo molti anni d'uso improprio nel 1963 fu riaperta al culto.
Attualmente è sconsacrata e dal 2006, dopo un accurato restauro, ospita la biblioteca e le postazioni di ricerca per i dottorandi e i professori della Scuola di Dottorato IMT Alti Studi Lucca.