Santa Maria delle Grazie se encuentra en el sitio de un antiguo santuario con un manantial que, en la época etrusca-romana, fue consagrada a Apolo. En la Edad Media se conocía como Fonte Tecta.

En 1425, San Bernardino de Siena intentó en vano destruirlo. Expulsado de la ciudad, regresó en 1428 y, esta vez, pudo obtener el reemplazo de la primavera con un oratorio. Aquí, desde 1428 y 1431, Parri di Spinello pintó un fresco con la Virgen de la Misericordia, ahora insertada en el altar de mármol por Andrea Della Robbia (1487–1493). El altar retrata, en el tímpano, una Virgen con Niño entre dos ángulos; en los nichos se encuentran los santos Laurentinus, Pergentinus, Donatus y Bernardino, mientras que el paliotto tiene una Pietà.

Alrededor de 1490, el oratorio recibió un pórtico, diseñado por Benedetto da Maiano. La estructura está inspirada en el Ospedale degli Innocenti de Brunelleschi. En el lado más largo tiene siete arcadas con medallones, en un sótano con escalones.

La iglesia en sí fue construida de 1435 a 1444, un edificio gótico tardío diseñado por Domenico del Fattore, con una sola nave con bóvedas de crucería y un corto ábside. Alberga un fresco (c. 1477-1481) con el Papa Sixto IV Entronizado entre los cardenales Gonzaga y Piccolomini. En el lado derecho, una capilla dedicada a San Bernardino fue construida después de su muerte en 1444.