La storia del monastero olivetano di Pistoia data alla seconda metà del Trecento quando il vescovo Giovanni Vivenzi benedisse la posa della prima pietra su di un terreno ancora quasi del tutto privo di edifici e in prossimità delle mura. Pochi anni dopo i lavori erano già conclusi e il complesso che era composto dalla chiesa, dal chiostro e dai locali disposti intorno a questo, poté ospitare il Capitolo generale della congregazione che per la prima volta si teneva fuori dalle mura della casa madre: l'abbazia di Monteoliveto Maggiore vicino a Siena.

La notevole disponibilità economica raggiunta grazie ai ricchi lasciti di cui il monastero era stato oggetto permise tra il Quattrocento e il Cinquecento di ampliare e ristrutturare il nucleo originale anche se le modifiche più radicali furono eseguite intorno alla prima metà del secolo successivo quando l'aula della chiesa fu rialzata e voltata. In questa occasione vennero aggiunti i quattro altari laterali. Sempre nel XVII secolo fu sistemata la facciata e delle strutture originarie rimase inalterato soltanto il coro con la sua volta gotica a costoloni. Risalgono a questo periodo anche gli affreschi del chiostro del convento che secondo la consuetudine videro la partecipazione economica delle maggiori famiglie pistoiesi.

Nel Settecento ulteriori modifiche furono apportate al convento che nella seconda metà del secolo per ordine del Vescovo Ricci venne soppresso e destinato a sede dell'Accademia ecclesiastica e a sua provvisoria dimora. Il nome della chiesa conventuale fu mutato in San Leopoldo, un omaggio al Granduca che dell'idee del Ricci era fermo esecutore. San Benedetto fu sede del Sinodo diocesano che ratificò le riforme del Vescovo pistoiese. Da questo momento iniziò per la chiesa e il convento un periodo di abbandono dovuto agli usi impropri che ne furono fatti, ad esempio durante l'occupazione francese furono adibiti a caserma.

Alla prima metà del secolo successivo il complesso fu unito al seminario vescovile da un corridoio lungo quanto la strada che oggi si chiama via del Seminario. La chiesa preceduta da un portico su arcate custodisce all'interno un affresco del pittore pistoiese Giovanni Cristiani raffigurante l'Annunciazione e una tavola con santa Francesca Romana del pittore Giacinto Gimignani.

Oggi il convento dopo un accurato restauro ospita un centro di assistenza per anziani e la chiesa svolge funzioni parrocchiali.