Le fonti concordano nell'attribuire la paternità dei lavori della chiesa di S. Raimondo al Refugio all’architetto senese Benedetto Giovannelli (1660). Risalta nel prospetto in marmo l’arme dei Chigi a testimoniare il rapporto tra papa Alessandro VII Chigi e il complesso.

L’interno, nonostante i danni subiti a causa del terremoto del 1798, mantiene intatto un inestimabile repertorio di arte senese dei primi due decenni del Seicento.

L’insieme della decorazione pittorica è costituito da tre grandi pale d’altare, accompagnate da una serie di tele di minori dimensioni, eseguite sotto il patrocinio di Aurelio Chigi e di suo fratello Agostino, rettore dello Spedale Santa Maria della Scala.

Il programma iconografico si sviluppa intorno alle storie di san Galgano, santa Caterina e san Raimondo di Pennafort. Sulla parete sinistra San Michele Arcangelo appare a san Galgano (Rutilio Manetti, 1613), precede la pala d’altare con la Morte di san Galgano, ritenuta opera di Ventura Salimbeni e Francesco Vanni. Il ciclo pittorico continua con I parenti tentano di distogliere san Galgano dalla vita eremitica, altra opera di Rutilio Manetti, del 1613. In fondo alla parete sinistra, troviamo la raffigurazione del miracolo San Raimondo che cammina sulle acque, attribuita a Stefano Volpi.

Sulla sinistra dell’altare maggiore, l’Adorazione dei Magi di Astolfo Petrazzi precede la grande pala con la Natività con angeli, iniziata da Alessandro Casolani e terminata, dopo la sua morte nel 1607, da Francesco Vanni. Alla destra dell’altare è sistemata la Circoncisione di Gesù di Giovanni Battista Giustammiani, detto il Francesino.

Spostando lo sguardo sulla parete destra, una tela di Francesco Rustici detto il Rustichino illustra un miracolo del santo a cui è dedicata la Chiesa: San Raimondo resuscita un fanciullo. A lato, Gesù restituisce l’abito del povero a Santa Caterina di Sebastiano Folli e poi la grande pala con le Nozze mistiche di Santa Caterina di Francesco Vanni (1601), sistemata sull’altare di destra. Chiude il ciclo, Santa Caterina dona il suo mantello al povero, altra opera di Sebastiano Folli. Le pale d’altare e le tele più piccole della parete di fondo sono accompagnate da un elegante apparato di cornici, colonne e frontoni di marmi policromi. Le altre tele di minori dimensioni sono inserite in un’omogenea decorazione che, con raffinate cornici di stucco dipinto e dorato (attribuite a Francesco del Monna), comprende delle formelle dipinte a finto bronzo, modellate con scene della vita e della Passione di Cristo.

Un cornicione con simboli della Passione divide in due ordini le pareti interne.

Il ricco patrimonio della chiesa comprende anche una notevole serie di arredi sacri: un pulpito in legno progettato da Agostino Fantastici; un’ampia collezione di sculture, reliquiari, preziosi elementi di arredo liturgico, ex voto, messali, paliotti e paramenti sacri risalenti al Seicento e al Settecento, ma comprendenti anche alcuni oggetti più antichi.

All’interno della Chiesa inoltre sono stati restaurati e riallestiti i vecchi locali della sacrestia dove sono collocati preziosi oggetti in argento, una splendida Santa Caterina d’Alessandria di Jacopo della Quercia, una tavola di Sano di Pietro, l’Assunta di Domenico di Bartolo e una Madonna col Bambino del Marrina.

Spicca al centro del pavimento la lastra tombale del fondatore Aurelio Chigi, che le fonti assegnano a Ascanio da Cortona.