La chiesa fu costruita nel 1642 in laterizi ed è circondata su tre lati da un loggiato che oggi ospita Azzurro, installazione luminosa di Vittorio Corsini visibile dal calar del sole. All’interno, due lapidi sono in ricordo del terremoto che nel 1846 distrusse la chiesa, totalmente restaurata quattro anni dopo, e tutta la Valdera.
La chiesa ospita una delle sette Tappe di “Voci, sette luoghi, sette racconti nella Toscana più autentica“.
Nella piazza, un tempo Piazza del Fosso, motivo per cui i pecciolesi chiamavano “Madonna del Fosso” la chiesa della Madonna del Carmine, nelle ex cantine del secentesco palazzo Fondi Rustici, si trova anche il Museo Archeologico, dove sono conservati i reperti rinvenuti dagli scavi del sito archeologico di Ortaglia e di Santa Mustiola a Ghizzano.
