La Pieve di San Piero in Campo è originaria almeno del IX secolo, facendo la sua prima comparsa in un documento datato 846. La definizione "in Campo" è rintracciabile però solo a partire dal 913 e si riferisce con ogni probabilità alla sua collocazione tra due torrenti.
Sin dalla sua nascita la pieve ha esercitato la sua giurisdizione su vari territori tra i quali il vecchio borgo di Vivinaia e, dopo la sua distruzione del XIV secolo, su quello nuovo di Montecarlo. È certo che intorno alla chiesa, in passato, sia sorto anche un nucleo abitativo. Divenuto poi podesteria, questo centro è andato anch'esso distrutto intorno al 1330, ad opera dell'esercito di Uguccione della Faggiola. I suoi abitanti, così come quelli di Vivinaia, si sono poi rifugiati nella neonata fortezza di Montecarlo.
Da un resoconto della visita pastorale del vescovo di Lucca, nel 1383, apprendiamo che l'area circostante alla pieve è completamente spopolata già all'epoca e che le condizioni dell'edificio sono piuttosto precarie. Nel 1408, a conferma della decadenza della pieve, i suoi privilegi vengono trasferiti alla Collegiata di Sant'Andrea, situata a Montecarlo. Fortunatamente un gruppo di affittuari dei terreni limitrofi, nel 1479, ne finanzia la riparazione del tetto e la chiesa, sebbene ormai sconsacrata, può sopravvivere adibita a bottega di un calzolaio.
Nei secoli successivi una buona parte dei beni anticamente appartenenti alla pieve di San Piero verranno alienati alla famiglia fiorentina dei Capponi, che costruisce nei pressi della chiesa una lussuosa villa. Negli anni a venire la parrocchia di Montecarlo riesce a riacquistare la pieve, che viene nuovamente consacrata e torna alla sua originaria funzione di luogo sacro. Nel 1907 la struttura superiore subisce un nuovo crollo, che richiede notevoli interventi di riparazione del tetto.
Oggi, i resti della chiesa paleocristiana sono quasi completamente cancellati dalla costruzione in pietra serena sorta nel XII secolo. Tuttavia, alcuni scavi hanno messo in luce le antiche fondamenta dell'abside, innalzato tra l'VIII ed il IX secolo con materiale proveniente dai vicini torrenti. Una parte di colonna della navata destra, la pila dell'acquasantiera ed altri indizi ci indicano che la chiesa è stata inizialmente realizzata utilizzando materiale di scarto delle vecchie ville romane in decadenza.