Consacrata già prima dell'anno mille a S. Giovanni Evangelista, la chiesa fu assegnata nel 1256 agli eremiti Agostiniani.
Nel 1271 la chiesa assunse forme gotiche, di cui restano pochi avanzi (tracce di finestre, archi, varie parti murarie) sulla fiancata esterna sinistra (quella su vicolo Sant'Agostino) e lo stesso avvenne nell'attiguo convento, di cui restano la porta della Sala Capitolare e le belle arche parietali in cotto sotto il lato sinistro del chiostro.
Tra la fine del Quattrocento e l'inizio del Cinquecento c'è stata, secondo tradizione, la presenza in questa chiesa di due grandi della Chiesa: Martin Lutero (che fu infatti frate agostiniano) e l’ancor giovane Gerolamo Savonarola; ma mentre la prima presenza non è confermata, la seconda è sicura e si riferisce anzi all’ascolto, qui in questa chiesa, della predica di un agostiniano, dopo la quale Savonarola, di passaggio a Faenza dalla natia Ferrara, si convinse a prendere i voti.
Nel 1678 iniziarono i lavori di rinnovamento dell'intero complesso che dureranno ben 46 anni. A seguito di questi interventi viene distrutto il chiostro trecentesco, le colonne originali del portico vennero sostituite e gli archi gotici di porte e finestre vennero murati e riportati alla luce solamente nel 1910.
Nella ricostruzione della chiesa alla fine del secondo decennio del Settecento parteciparono Carlo Cesare Scaletti, limitatamente alla parte absidale, Raffaele Campidori, Antonio Boschi e il giovane Giovanni Battista Boschi. Terminata nel 1724 la chiesa non sfugge alla generale tendenza delle chiese faentine settecentesche caratterizzate da una calibrata semplicità: accentuato sviluppo verticale dell'unica aula, linearità della semplice pianta rettangolare, elementari volte in cui emerge l'arco trionfale. Le decorazioni stesse trovano ordinata collocazione senza assumere funzioni preponderante o di contraddizione degli elementi strutturali dominanti. Come ha evidenziato Franco Bertoni nella chiesa di S.Agostino sono accentuati i debiti con la tradizione quattro-cinquecentesca: unica aula con alte e profonde cappelle laterali ad arco trionfale, abside semicircolare, cupola tra navata e presbiterio, trabeazione su pilastri.
Con alcuni lavori realizzati nel 1848 la chiesa ha assunto la sistemazione attuale. Oltre a interventi nel coro e nell'abside, realizzato la cappellina ottagonale con l'altare dell'Addolorata e modificati altri quattro altari.