L'edificazione di una grande chiesa e di un convento dedicati a Francesco, a pochi anni dalla sua morte, fu fortemente voluta dalla città di Gubbio, che lo accolse e lo adottò.
L'edificio presenta una pianta ogivale caratterizzata da una facciata rimasta incompiuta che conserva tuttavia un bel portale gotico ed una cornice ad archetti pensili sovrastata da un piccolo rosone. Le tre absidi presentano una struttura poligonale interrotta da monofore.
 

L'interno è suddiviso in tre navate sorrette da 14 alte colonne con base ottagonale. Le volte a crociera della copertura risalgono alla trasformazione subita dall'edificio nel XVIII secolo. Le pareti laterali che un tempo erano ricoperte da affreschi hanno perso in parte il loro splendore, ma nelle absidi si conservano ancora importanti opere del XIII-XV secolo.

Nell'abside di sinistra sono raffigurate, in 17 riquadri, le Storie della vita della Vergine, ciclo di notevole pregio eseguito nei primi anni del XV secolo da Ottaviano Nelli.
Nell'abside centrale, in alto, è affrescato Gesù in trono con ai lati San Pietro, San Paolo, San Francesco e Sant'Antonio, opere eseguite da un seguace locale del Maestro di San Francesco della seconda metà del XIII secolo.
Nell'abside di destra, vicino alla quale sono presenti i resti dell'antico Fondaco, si trovano affreschi del XIII-XIV secolo: nella parte superiore due episodi della vita di San Francesco, in quella inferiore al centro il Redentore e ai lati gli Evangelisti, entro cornici. Alle pareti affreschi di Santi.