Denominata anche "il tempietto" e dalla caratteristica forma circolare, sorge nell'omonimo Borgo Sant'Angelo, sull'altura a ridosso del Cassero e della strada che porta al convento francescano di Monteripido nella zona nord della città. La dedicazione all'angelo guerriero non è un caso, spesso utilizzata nelle chiese a ridosso delle cinte murarie per protezione della città.


La struttura, con asse est-ovest, molto caratteristica e sicuramente da mettersi in relazione con la tradizione delle chiese a pianta circolare (a Perugia lo è anche la chiesa di Sant'Ercolano e la scomparsa chiesa di San Giovanni Rotondo), risale molto probabilmente al V secolo, ma quasi con certezza è stata edificata su un preesistente edificio di culto di epoca romana, probabilmente un mitreo, a sua volta edificato su un tempio etrusco, in un luogo sacro alla città. Intorno all'anno 900 venne parecchio rimaneggiato e nel 1487 venne deteriorato dalla famiglia Baglioni che ne fece un arroccamento militare. A seguito di ciò il cardinale Tiberio Crispo vi fece fare restauri ed appose il suo stemma sopra il portale d'ingresso, che fu tolto dai francesi. Nel 1948 venne sottoposto ad ulteriori restauri rimettendo in luce gli antichi affreschi e riaprendo le dodici finestre del tamburo centrale, rifacendo anche le coperture ed i pavimenti. In epoca medievale è passato agli agostiniani che tutt'oggi ne esercitano giurisdizione. L'ingresso attuale, con il portale trecentesco, era il passaggio interno ad una delle cappelle andate perdute. Alla fine del Settecento, a seguito di scavi nella zona, vennero alla luce diverse urne cinerarie di epoca etrusca e pietre con incisioni tanto da ipotizzare un uso della zona, in antico, come necropoli.


La chiesa di San Michele Arcangelo presenta una costruzione a pianta centrale che si sviluppa su due aree concentriche, rispettivamente un ambulacro e la zona del presbiterio al cui centro è l'altare. A dividere l'ambulacro dall'area del presbiterio sono una serie di sedici colonne corinzie, sicuramente di riutilizzo, che fa ricordare la Basilica del Sepolcro (nella Basilica di Santo Stefano di Bologna e la Basilica di San Vitale di Ravenna).


All'interno erano in origine quattro cappelle, di cui ne rimangono soltanto due che conferiscono all'edificio la forma a croce greca. Il soffitto è a travi, ma è stato probabilmente rifatto in epoca moderna. Notevoli sono gli archi in stile gotico. L'altare è costituito da un piano ricavato da una lapide abrasa di epoca romana, sorretta da un tronco di colonna. Il piccolo ciborio proviene dalla chiesa di San Giovanni Battista dei Cavalieri di Rodi portato qui dai francescani. Il pavimento è ornato e cosparso di numerose pietre tombali, che presentano gli stemmi di falegnami, fabbri, muratori, vasari e numerose corporazioni artigiane. L'entrata originaria era a sud-ovest, mentre attualmente è a sud. Le colonne presentano una curiosa simbologia con caratteri in greco antico su cui gli studiosi ancora non sanno dare un'interpretazione soddisfacente. La facciata presenta un portale marmoreo del XIV secolo. Si può notare l'assenza del rosone, di altorilievi. Nel 1700 furono portati l'affresco della cosiddetta "Madonna del Verde", proveniente dalla cattedrale, alcune colonne e diverse reliquie.