Der früheste Beweis der Kirche von San Zeno stammt aus dem Jahr 1029. Im Mittelalter wird sie in einer Gegend genannt, die als "Alle Grotte" bekannt ist, wegen der antiken Ruinen, die als Steinbrüche für Baumaterial verwendet wurden. In den Mauern dieser Kirche sind mehrere römische Maurerarbeiten eingebaut.

Die Kirche, wie wir sie heute sehen, ist Teil einer Abtei, die ursprünglich dem Benediktinerorden der Mönche angehörte, und ist das Ergebnis vieler Veränderungen, die vor dem 10. Jahrhundert begonnen haben. Archäologische Untersuchungen in den 1960er-Jahren ergaben einen quadratischen Grundriss, der in ein Kirchenschiff und zwei Gänge unterteilt war, wobei drei Apsiden hinzugefügt wurden. Teile der Mauern des früheren Gebäudes wurden im 11. und 12. Jahrhundert umgebaut. Die ältesten Teile der Kirche stammen aus der Zeit vor dem 10. Jahrhundert, und spätere sind ähnlich wie andere Gebäude aus dem 10. und 11. Jahrhundert in Pisa.

Die Kirche ist nach Südwesten ausgerichtet und ist in Baumschiffe unterteilt, die durch abwechselnde Säulen und Pilaster voneinander getrennt sind, von denen einige mit recycelten Kapitellen gekrönt sind. An der Südfront befindet sich ein Vorderteil über dem Eingang der Kirche, neben dem sich noch die Überreste des Glockenturms befinden. Das Erdgeschoss dieses Vorderteils ist eine Veranda, die mit Elementen aus römischem Marmor und kleinen toten Bögen mit kreisförmigen und rautenförmigen Motiven verziert ist. Die Wand oben ist hübsch dekoriert mit Sprossenfenstern, umgeben von auf Krümmern stehenden Schürzen und einem ähnlichen Motiv aus Kreisen und Rauten.

Die Dekoration der Marmorbecken aus dem 11. Jahrhundert ist heute kaum noch zu erkennen, nur die kreisförmigen Betten sind jetzt sichtbar. Oben an der Fassade, die jüngeren Datums ist, befindet sich ein großes kreisförmiges Fenster mit einem Bischofswappen aus dem 15. Jahrhundert.