Die Grundsteinlegung führte ein gewisser Giovanni Bernardone durch, später unter dem Namen Franz von Assisi bekannt geworden. Eigentlich war jener Giovanni Bernardone bis zu seinem 20. Lebensjahr ein verwöhnter Händlerssohn, der aufgrund seiner traumatischen Erlebnisse während des Krieges zwischen Perugia und Assisi durch die Welt irrte, nach Erleuchtung suchte und sich schließlich antibürgerlichen Aussteiger wandelte. In einer kleinen Kirche bei Assisi erhielt er die gewünschte Erleuchtung, als Christus zu ihm sprach: „Franziskus, geh und baue mein Haus wieder auf, das, wie du siehst, ganz und gar in Verfall gerät.“ (Thomas von Celano: Lebensbeschreibung des Heiligen Franziskus).
Nachdem sich Franz von Assisi von Gott berufen fühlte, gründete er den „Orden der minderen Brüder“ den meisten Menschen als Franziskanerorden bekannt, die der asketischen Lebensweise verschrieben haben. Nur wenige Jahre später entstand der Orden der Dominikaner, die sich ebenfalls dem Leben in Armut verpflichtet haben. Beide kamen Mitte des 13. Jahrhunderts nach Florenz und ließen sich dort nieder und begannen mit dem Bau ihrer Gotteshäuser. Die Dominikaner bauten die Santa Maria Novella, während die Franziskaner die Santa Croce errichteten. Gemeinsam mit dem Dom bilden sie den Dreiklang gotischer Sakralarchitektur in Florenz, der noch heute zu besichtigen ist.
Nun sahen sich die beiden Orden haben Herausforderungen gegenüber, die bei „herkömmlichen“ Sakralbauten keine Rolle spielten. So durfte die Kirche Santa Croce über keine Wölbungen verfügen, steinerne Kirchtürme waren verboten, bunte Fensterverglasungen und Bilder unerwünscht. Alles baulichen Attribute, die zu vielen Sakralbauten gehören, aber aufgrund der strengen Vorschriften keinen Platz in der Santa Croce fanden.
So entstand letztendlich eine Kirche, deren Bestimmungen bis ins Äußerste gedehnt wurden. Das Mittelschiff wurde breit angelegt und mit einem offenen Dachboden versehen. Dies verlieh der Santa Croce trotz des Verzichts auf Wölbungen ein Hauch von Gotik, ob dies allerdings von den Erbauern gewollt war, bleibt offen. Die Kirche ist nicht altertümelnd wie vergleichbare Bauten der Bettelorden, sondern fordert die Santa Maria Novella und den Alt-Sankt-Peter offen heraus. Besonders imposant gelang die Fassade, die trotz ihrer Schlichtheit mit Eleganz überzeugt.
Die Bedeutung der Santa Croce liegt auch in den zahlreichen Persönlichkeiten begründet, die hier ihre letzte Ruhe gefunden haben. Neben Michelangelo haben auch Galileo Galilei und Machiavelli ihr Grabmal im Seitenschiff der Kirche.