La chiesa, originariamente intitolata a San Donato, uno dei santi più venerati in epoca longobarda, divenne pieve intorno al 1040. Della titolazione attuale a San Pietro si ha notizia circa un secolo dopo, quando l’edificio venne probabilmente ampliato.

Altre modifiche furono eseguite nel XIV secolo, con la costruzione di un nuovo coro, e nei restauri complessivi del XVIII e XIX secolo, avviati dopo la scoperta di una serie di affreschi parietali e conclusi nel 1899. Anche nel secondo dopoguerra la pieve fu interessata da alcuni lavori di ristrutturazione, che conferirono l’aspetto attuale del prospetto basilicale, con facciata a capanna.

La parte inferiore della facciata, fino all’altezza del portale centrale, risale al XII secolo ed è costituita da filaretto di alberese e qualche inserto in serpentino verde.

Sopra l’archivolto del portale centrale prosegue in altezza una regolare muratura in mattoni rossi, del primo Duecento, con bifora centrale, mentre ai lati vi furono aggiunte nel 1944-45 due murature in pietra bianca alberese, corrispondenti alle navatelle dell’interno. Sulla sinistra della facciata troviamo un tabernacolo a cappella con grande arco, nel quale è dipinto un monocromo Crocifisso con Vergine e San Giovanni, della seconda metà del Quattrocento. Sul lato opposto della chiesa è presente la canonica, progettata dal noto architetto pratese Giuseppe Valentini, stesso autore del campanile.

All’interno la pieve mostra un impianto basilicale a tre navate, scandite da pilastri quadrangolari; in origine erano presenti tre absidi nel presbiterio, poi abbattute per costruirvi un coro. Nel 1944 circa vennero aggiunte anche le due cappelle laterali. Le pareti intonacate delle navate sono intervallate da affreschi del Tre-Quattrocento, che ripercorrono l’intero perimetro dell’edificio. Sulla parete della navata sinistra troviamo pitture attribuite al fiorentino Pietro d’Antonio del tardo Quattrocento. Sono riconoscibili, nonostante le vaste lacune pittoriche, una Sant’Anna con la Vergine, Santa Lucia, San Francesco, Raffaele e Tobiolo, e un’Annunciazione. Sopra una nicchia vi sono invece affreschi del tardo XIV secolo - inizio XV: San Sebastiano, Adorazione dei pastori,un tondo con Dio Padre.

Sulla destra è presente un’altra cappellina, forse l’antica sacrestia, il cui ingresso è sormontato da una tavola del 1601 con la Circoncisione e Santa Caterina d’Alessandria del pittore pratese Leonardo Mascagni.

Il coro trecentesco ha volte a crociera e un altare centrale. Le pareti sono decorate con affreschi del tardo Trecento raffiguranti Storie di San Pietro (da sinistra: Miracolo, Consegna della verga, Tributo; in alto Crocifissione di San Pietro, in basso Carcere), forse opera di un collaboratore di Agnolo Gaddi nella cappella della Sacra Cintola in Duomo.

Nella cappella presbiteriale destra è invece presente una tela di Matteo Rosselli con San Giuseppe e il Bambino (1615-20) e un Crocifisso ligneo artigianale della fine del Settecento. Sull’altare si trova un’urna dove sono riposte le reliquie di San Pio dal 1810, provenienti dalle catacombe di Roma. Sulla parete sinistra troviamo inoltre una tavola cinquecentesca con l’Assunta e i Santi Jacopo e Andrea di Michele delle Colombe.

Di fronte alla pieve la sede della Compagnia fu progettata nel primo dopoguerra su disegno originario di Giovanni Michelucci.