Santa Verdiana e' la patrona di Castelfiorentino, che viene festeggiata il 1 febbraio. La chiesa sorge sul luogo dell'antico oratorio di Sant'Antonio Abate (sec. XIII) presso il quale Santa Verdiana si ritiro' in reclusione eremitica per 34 anni. Questo nucleo e' tutto'ora visibile al di sotto dell'attuale edificio ed e' chiamato "la cellina". Sopra questa originaria struttura fu costruito il Santuario alcuni decenni dopo la morte della Santa (1236 circa).
L'antica chiesa era a tre navate con occhio in facciata e soffitto a capriate, finestre a sesto acuto, arco della tribuna e con un unico altare dove era collocata la tavola raffigurante "Santa Verdiana fra le serpi" ora esposta nel museo attiguo. Successivamente alla navata unica vennero in seguito aggiunte due navate laterali con archi sorretti da colonne e venne aggiunto anche il coro. La chiesa, frutto di tante ristrutturazioni e ingrandimenti, assunse l'aspetto odierno dopo la trasformazione eseguita agli inizi del '700. La chiesa costituisce un prezioso ed unitario esempio dell'architettura e della decorazione fiorentina barocca, di cui esitono solo pochi esempi in Toscana (uno e' la chiesa gemella di Sant'Jacopo a Firenze, realizzata nello stesso periodo). E' una struttura di grande sobrieta' ed eleganza, dove predominano ricercatezze lineari e luministiche, sottolineate dalla bicromia bianco-oro degli stucchi. Pregevole e la decorazione pittorica della cupola del coro, della volta centrale e delle cupolette laterali.
Le pitture murali del santuario, eseguite fra il 1708 e il 1717, rappresentano uno degli episodi di maggior importanza in edifici ecclesiastici della Toscana. La facciata barocca a due ordini fu realizzata da Bernardo Fallani nel 1778. Di grande spessore anche l'altare maggiore ideato da Giuseppe Baratta in stile rocaille.