La chiesa è dedicata ai santi fratelli Canziano, Canzio, Canzianilla e a Proto, martiri di Aquileia (31 maggio 304). I lavori di ricostruzione ed ampliamento della chiesa primitiva, una delle più antiche della città, gravemente danneggiata dal disastroso terremoto del 1117 e dal terribile incendio del 1174, furono terminati nel 1617. 
Durante i lavori la zona presbiteriale fu trasferita da est a sud, ma il campaniletto romanico rimase inalterato.
Il restauro del 1955 ha messo in luce, sul fianco destro della attuale costruzione, parte della vecchia facciata con il rosone ed alcune finestrelle di un periodo che si ritiene successivo al 1117.
Il motivo dell'arco di trionfo romano, ripreso sulla facciata, è attribuito ad un architetto locale di cultura palladiana, Vincenzo Dotto o Giambattista della Sala. All'interno di nicchie poste tra gli intervalli delle semicolonne, due statue in pietra tenera, del padovano Antonio Bonazza (1698-1763),  rappresentano la Purezza e l'Umiltà.
Posti sopra l'attico, troviamo le statue dei quattro Evangelisti e i due bassorilievi con episodi della vita di San Canziano, opere realizzate da Pietro Danieletti (1712-1779).

All'interno, ai lati dell'altare maggiore, entro nicchie, sono collocate statue in terracotta che, secondo la tradizione, rappresentano i santi Agnese ed Enrico, a sinistra, e Anna e Girolamo, a destra. Le statue, ad esclusione di quella di Sant'Anna, sono tutte attribuite allo scultore trentino Andrea Briosco (1470-1532) che giunto a Padova, fu allievo di Bartolomeo Bellano, che a sua volta era stato allievo di Donatello.
L'affresco della Vergine Immacolata con i Santi titolari, ristrutturato nel 1955, sulla facciata della chiesa, è opera di Lodovico di Vernansal (1689-1749).  Alessandro Varotari (1588-1648), detto il Padovanino, è invece autore della pala sopra l'altare maggiore. Sull'altare della parete di destra compare un'altra immagine dell'Immacolata ad opera di Francesco Zanella, un pittore padovano attivo in città e nei dintorni tra il '600 e il '700.
Nella parete di sinistra, tre pale presentano momenti della vita di San Carlo, di Sant'Antonio e di Santa Rita da Cascia.
Il culto della santa venne introdotto in questa chiesa all'inizio del Novecento e tuttora particolarmente vivo. Per i padovani infatti la Chiesa di San Canziano è la chiesa di Santa Rita.
L'altare dedicato alla santa risale al 1930 e la pala posta sopra di esso è opera della pittrice Cecilia Pivato Caniato (1886-1966).  Sopra la porta della sacrestia si trova una grande tela di Pietro Damini (1592-1631), Il miracolo del cuore dell'avaro.