Die Basilika von San Francesco ist eine spätmittelalterliche Kirche in Arezzo, Toskana, Italien, die dem hl. Franz von Assisi gewidmet ist. Es ist besonders bekannt für die Unterbringung des Freskenzyklus Legends of the True Cross von Piero della Francesca im Chor.

San Francesco ist die zweite Kirche, die von den Franziskanern in Arezzo erbaut wurde. Diese frühere Kirche wurde außerhalb der Stadtmauern errichtet und während der Besetzung zerstört. Die Bauarbeiten an San Francesco wurden um 1290 begonnen. Die Fassadenverzierung wurde nie realisiert.
Das Innere präsentiert sich als große Kirche von einfacher, schmuckloser Bauweise mit einem breiten, einschiffigen Kirchenschiff, das links von einigen Kapellen und rechts von einigen Nischen begrenzt wird. Der hohe, von der Leiste gekrümmte Chor hat einen quadratischen Grundriss.
Unterhalb der Kirche befindet sich eine kleinere Unterwelt (Chiesa Inferiore oder "Untere Kirche" wie in Assisi) mit einem Langhaus und zwei Gängen, die jetzt als Ausstellungshalle genutzt wird.
Am Eingang des Chors hängt ein sehr großes gemaltes Kreuzkreuz von einem Meister von San Francesco, einem Zeitgenossen von Cimabue. Es enthält auch eine Maesta oder "Madonna in Majesty" von Guido da Siena.
Die Wände und vor allem die Nischen auf der rechten Seite sind mit Fresken verziert, die teilweise auf das 14. Jahrhundert zurückgehen.
Die Cappella Maggiore (Hauptkapelle oder Chor) beherbergt eines der Meisterwerke der italienischen Frührenaissance, eines Freskenzyklus von Piero della Francesca, der die Legende des Wahren Kreuzes darstellt.
Das Gemälde des Chores begann mit einem Auftrag der Aretiner Familie Bicci, der den Maler Bicci di Lorenzo mit der Bemalung des großen Kreuzgewölbes beauftragte. Im Jahre 1452 waren bei Biccis Tod nur die vier Evangelisten im Gewölbe sowie der Triumphbogen mit dem Jüngsten Gericht und zwei Doktoren der Kirche gemalt worden.
Piero della Francesca wurde zur Vollendung der Arbeit hinzugezogen. Einem Dokument zufolge tat er dies in zwei Schritten, die Arbeiten wurden zwischen 1458 und 1495 gestoppt und 1466 abgeschlossen.
Die Fresken erstrecken sich auf drei Ebenen an den Seitenwänden und an der Ostwand, die ein großes Fenster umgibt. Das Thema des Freskenzyklus ist der aus der Goldenen Legende von Jacopo da Varagine. Piero della Francesca folgte keiner chronologischen Reihenfolge, sondern konzentrierte sich auf die Schaffung symmetrischer Entsprechungen zwischen den verschiedenen Szenen.