E' uno dei simboli architettonici e spirituali del quartiere Venezia. Situata in Piazza dei Domenicani, fu progettata nel 1720 dall'architetto Giovanni Del Fantasia per l'ordine dei Domenicani. I lavori si protrassero per oltre un secolo a causa di difficoltà economiche e cambi di progetto e fu aperta al culto nel 1753, ma completata solo nel 1869 con l'aggiunta della lanterna sulla cupola, cupola ottagonale alta 63 metri. La chiesa fu inizialmente concepita per imitare il Pantheon di Roma, ma le ambizioni furono ridimensionate nel corso dei lavori. Durante il periodo napoleonico, fu soppressa e trasformata in carcere, fu poi riconsegnata ai Domenicani solo nel 1871. Al suo interno si trovano degli affreschi di Cesare Maffei, realizzati nell'Ottocento; decorano l'intradosso della volta e rappresentano scene come San Domenico che riceve il rosario dalla Madonna, i Quattro Evangelisti e momenti della Vita di Maria. Con una superficie di circa 1.500 metri quadrati, costituiscono uno degli spazi affrescati più grandi della Toscana. Nel coro è presente un notevole dipinto ad olio di Giorgio Vasari, raffigurante l'Incoronazione della Vergine, opera del celebre artista rinascimentale.