El edificio, dedicado al arcángel San Miguel, es del siglo XI. Al principio lo usaron los monjes olivetanos, que se lo concedieron en 1592 a los Teatinos. La construcción actual es de Buontalenti y fue realizada gracias a las generosas donaciones de la aristocracia florentina, que quería que San Gaetano fuera la iglesia más bonita del barroco florentino.

La fachada, de pietra forte, es obra de Gherardo y Pierfrancesco Silvani. Las estatuas y las decoraciones de mármol blanco en la fachada oscura son de Giovan Battista Foggini y del alemán Balthasar Permoser.

El intacto y vasto interior con base de cruz latina y con capillas laterales, decoradas con madera, que son muy escenográficas porque, de ellas, sobresale una importante serie de estatuas de mármol de Apóstoles y Evangelistas del siglo XVII. En algunas ocasiones especiales, adornan el interior de la iglesia con un magnífico cortinaje del siglo XVIII con bordados de oro en un fondo blanco.