L’edificio, summa degli studi rinascimentali sulla pianta centralizzata a croce greca applicata agli edifici di culto cattolici, fu realizzata da Antonio da Sangallo il Vecchio, il quale ebbe come immediato modello la basilica di Santa Maria delle Carceri a Prato, progettata una generazione prima a Prato da suo fratello Giuliano da Sangallo. La stessa pianta, derivata da alcune opere di Filippo Brunelleschi, venne applicata al progetto originario di Bramante e Michelangelo Buonarroti per la basilica di San Pietro o la chiesa di Santa Maria della Consolazione di Todi, di paternità incerta.[3]
L’edificio rinascimentale venne edificato sul luogo dove sorgeva un’antica pieve di origine paleocristiana dedicata a santa Maria e successivamente, dopo il trasferimento dei diritti plebani, intorno all’anno 1000, entro le mura castellane, a San Biagio. Agli inizi del Cinquecento si conservavano della pieve solo alcuni resti; in un muro si trovava ancora un affresco con la Madonna col bambino e san Francesco, opera del Trecento senese, a cui nel 1518 vennero attribuiti eventi miracolosi.[4] L’eco di questa devozione si sviluppa ben oltre l’area della Valdichiana: nel 1519, ad esempio, il comune di Sansepolcro, in Alta Valle del Tevere, delibera di partecipare alle spese dei pellegrinaggi che le compagnie e le persone della città sosterranno per recarsi in pellegrinaggio alla Madonna di San Biagio, alla quale già tante comunità hanno inviato doni[5].
Il popolo poliziano decise di erigere una nuova chiesa affidando l’incarico ad Antonio da Sangallo il Vecchio. Questi progettò un imponente edificio a pianta centrale e l’ambizioso progetto venne sostenuto da papa Leone X, che era stato educato da Agnolo Poliziano, nativo proprio della cittadina toscana.[3]
La costruzione del tempio si protrasse sino al 1545 ed i lavori vennero diretti, dopo la morte del progettista, da altri sovrintendenti. L’ente che edificò la chiesa fu l’Opera di San Biagio, oggi confluita nella fabbriceria delle Opere Ecclesiastiche Riunite di Montepulciano.
