La chiesa è così chiamata per la presenza di una catena, assicurata ad un suo muro, che sbarrava, anticamente, l’accesso alle navi dirette al vicino porto della Cala. La catena fu sottratta, durante un’incursione di navi pisane nel 1063 ed è conservata, tutt’oggi, come trofeo, nel Camposanto di Pisa. 

La chiesa fu innalzata dall’architetto Matteo Carnilivari tra la fine del ‘400 e gli inizi del ‘500: l’edificio fonde elementi gotici con altri d’impronta rinascimentale. L’esterno è contraddistinto da un portico a tre arcate ribassate; i tre portali all’interno della loggia, attribuiti a Vincenzo Gagini, sono decorati da figure di profeti, evangelisti e angeli. 

L’interno è suddiviso in tre navate da colonne che sostengono archi a sesto ribassato. Delle decorazioni barocche restano tracce negli affreschi della seconda cappella a destra con Storie della vita di Maria e di Gesù realizzate da Olivio Sozzi nel 1743.