フランシスコ会の創設者であるアッシジの聖フランチェスコは、カッシア街道を伝って、1211年には既にフィレンツェを訪れたことがあったが、その後、1226年から1228年に数人の信奉者を連れてフィレンツェ、アルノ川の中州に定住するようになった（当時アルノ川は現在のベッカリア広場付近で二手に分かれ、現ヴェルディ＝ベンチ通り付近で再び合流していた）。この場所に祈祷堂を建設した。信者が増えると共に建物は増築され、1252年には完全に改装された。 このような建築工事は信者たちの間で議論をの種となった。信者たちのなかには、フランシスコ会の規則に沿って必要最低限の建物だけを欲する者と、もっと広々とした建築を欲する者がいたためである。いずれにしても、改装された教会も早々に不十分となり、1294年には再建する決定が下された。再建計画には、自治都市フィレンツェにおいて既に建築計画で名を馳せていた建築家アルノルフォ・ディ・カンビオが携わったようである（これを確証する史料は見つかっていない）。フィレンツェの年代記を著したジョヴァンニ・ヴィッラーニは、1294年5月3日に荘厳なる式典が行われ、礎石が置かれた様子を記録している。 建築費用はフィレンツェ共和国市民が供出した。建築家アルノルフォが1302年に没した時点では、内陣と翼廊が完成していたはずである。その後も建築作業は着々と進められ、1320年には聖堂は利用可能なまでになっていた。しかし、14世紀の危機、洪水、ペストなど様々な災禍により完成は大きく遅れた。いつ完成したのか明確には知られていないが、恐らく1385年頃であろう。いずれにせよ、ようやく1443年の公現祭（1月6日）に教皇エウゲニウス4世臨席のもとベッサリオーネ枢機卿により聖堂は聖別された。

修道院は、聖堂と同時期に誕生した。最初の核心部分は、聖具室、寄宿舎、病室、客人宿泊室、食堂、図書館から成っていた。

聖堂は、聖別されたあとも、7世紀に渡って増築、改修され続けてきた。16世紀後半にジョルジョ・ヴァザーリにより成された改装や、19世紀にサンタ・クローチェ聖堂をイタリア史の偉大なる霊廟とすべく実施された改装は、歴史的・政治的変遷の帰結であった。

1966年にフィレンツェを襲った大洪水は、フィレンツェで最も低い地域に位置するサンタ・クローチェ聖堂と修道院に大きな傷跡を残した（このときチマブーエの≪十字架≫は大きく破損した）。