Secondo Carlo Celso Calzolai la chiesa sarebbe nata come cappella per le funzioni del castello di San Donato ed originariamente dedicata a San Tommaso d'Aquino. In realtà probabilmente la chiesa nacque come annesso ad uno spedale fondato, prima del 1376, dal comune di San Donato e gestito dai frati agostiniani e dalla locale Compagnia di Santa Maria, che nel periodo compreso tra il 1376 e il 1428 assunse quale patrona la Madonna della Neve ed in seguito gestì lo spedale.

La chiesa ha una pianta ad unica navata conclusa da un coro quadrilatero coperto a crociera, secondo uno stile che ricorda quelle delle chiese degli ordini mendicanti del XIV secolo. Sono evidenti numerosi rimaneggiamenti sia nel portale, non finito nella parte superiore, che nella facciata dove, al di sopra della vistosa fascia decorativa in mattoni, si trova un'apertura ad occhio con cornice in mattoni ma incompleto nella parte superiore e quasi soffocato dal tetto. Altri rimaneggiamenti sono visibili nella fiancata sinistra dove il paramento murario è diverso nella parte superiore.

All'interno sono conservati alcuni affreschi: uno, staccato, si trova collocato nella parete sinistra del coro e raffigura la Madonna col Bambino tra San Simeone e San Taddeo risalente al 1413; dell'altro si conservano dei frammenti tra cui la figura della Madonna, collocata entro l'altare maggiore. Ben più visibili sono gli interventi in stile barocco realizzati nel 1739, che comprendono da una parte l'altare maggiore decorato con finti marmi a stucco e colonne a tortiglione, dall'altra due piccoli portali ai lati dell'arcone del coro.