La chiesa è parte del complesso conventuale omonimo, ora Museo di San Domenico e si affaccia con l'abside sui giardini pubblici Rambaldi, costituendo uno degli angoli più suggestivi della città. La storia dell'edificio è legata a quella dell'ordine dei Domenicani, che nel 1280 diedero inizio alla costruzione della chiesa e successivamente dell'annesso convento.

La chiesa gotica, compiuta nel 1374, rimase inalterata fino ai grandi lavori del '600 e del '700 che portarono nell'interno alla sostituzione di quasi tutti gli elementi architettonici gotici. All'esterno il bellissimo portale di Iacopo da Cereto del 1340 e lo splendido rosone della facciata rimangono tuttavia a testimonianza dell'antico splendore.
All'interno, nell'abside, la pala di 'Il martirio di S. Orsola' di Ludovico Carracci (1600).
Il coro ligneo è della seconda metà del '500, mentre una porta a destra del presbiterio porta ad una cappelletta ogivale appartenente alla costruzione primitiva e reca alle pareti interessanti affreschi gotici del '300