La chiesa, la più antica costruzione religiosa di Thiene, fu costruita nel 1333 per volontà dei tre fratelli Miglioranza, Uguccione e Marco Thiene che la dedicarono al padre Vincenzo.
L’edificio, di sobria linea romanico-gotica, a pianta rettangolare, ha subito una serie di alterazioni nel corso dei secoli. La costruzione del presbiterio, non in asse con la navata, sarebbe infatti avvenuta negli ultimi decenni del XIV secolo mentre la sopraelevazione del tetto e l’apertura dell’oculo in facciata dovrebbero risalire al Cinquecento.
All’interno della chiesa, gli affreschi che decorano le pareti della navata e del presbiterio, dovrebbero essere stati realizzati in un periodo compreso tra il XIV e il XVI secolo.
Sulla parete destra dell’aula spicca, in particolare, una teoria di cinque santi fra i quali è possibile individuare con una certa sicurezza San Leonardo, con in mano le manette, suo specifico attributo. L’affresco dovrebbe risalire alla metà del XIV secolo e dovrebbe essere coevo alla costruzione della chiesa. Gli affreschi più antichi manifestano un’influenza giottesca e, per queste decorazioni, gli studiosi hanno proposto i nomi del Maestro di San Lorenzo (che aveva già eseguito affreschi per la famiglia Thiene) o di Nicolò e Marco da Venezia (rispettivamente padre e figlio, Marco è documentato vivente a Thiene nel 1343-1346).
La decorazione delle pareti del presbiterio è divisa in due fasce, quella inferiore vede raffigurati gli Apostoli; in quella superiore, nelle lunette laterali sono affrescate le Storie della vita di San Vincenzo e un’Adorazione dei pastori, parzialmente rovinata a causa dell’apertura di una finestra. La volta del presbiterio è decorata dai Simboli dei quattro Evangelisti e da un Cristo benedicente posto al centro.
E’ stato ipotizzato dagli studiosi che questi affreschi siano stati realizzati da un seguace di Michelino da Besozzo (Apostoli e Simboli dei quattro Evangelisti) e da Giovanni Badile (Storie della vita di San Vincenzo e Adorazione dei pastori), artisti operanti a Verona.
L’altare maggiore, realizzato nel XVII secolo, racchiude la pala di Alessandro Maganza raffigurante la Madonna in trono fra i Santi Vincenzo e Anastasio (1613), con San Vincenzo che offre alla Vergine il modello argenteo della Città di Vicenza. L’opera è contornata dalle statue in stucco di San Giovanni Battista e di San Francesco. La costruzione di tutta la struttura ha occultato parte degli affreschi quattrocenteschi che decoravano la parete di fondo del presbiterio.
