Causa le continue guerre contro i fiorentini, il cantiere subì presumibili interruzioni intorno al 1257 e al 1270. Prima del 1270 presso la chiesa doveva essere posto un cimitero, di cui resta una lapide sepolcrale. Nel 1300 veniva realizzato l'altare maggiore, collocato al centro del coro: a questa data i lavori di trasformazione dell'edificio romanico nella prima chiesa a capanna dovevano essere stati conclusi.

Nel novembre del 1400 la chiesa versava in cattivo stato, tanto che fu restaurata e riedificato il tetto con tegole e materiale proveniente da San Gimignano.

Nel 1580 si verificarono nuovi problemi, crollarono i tre ultimi cavalletti e parte del tetto; anche la facciata che guarda il convento si staccò quasi completamente.

Dal 14 agosto 1581 ebbero inizio i nuovi restauri; durante tali opere, nel tentativo di reintegrare un lacerto di pavimentazione laterizia dietro all'altare, fu scoperto casualmente un tavolone di noce sotto cui era deposta una cassetta di travertino con coperchio in marmo bianco dove era inciso «Corpus Sancti Luchesij».

Nel XVII secolo, dopo ulteriori restauri, furono tolte le superfetazioni, riaperti gli otto finestroni oblunghi a sesto acuto della navata principale, quello imponente del coro, quelli delle cappelle e l'occhio della facciata.

Nel luglio del 1944 fu fortemente danneggiata da un intenso cannoneggiamento.