La chiesa di S. Frediano, detta a Lama, è attestata dal 24 settembre 1178; dalle liste degli enti ecclesiastici che pagarono la decima alla Sede Apostolica nel 1275-1277 compare la denominazione di Settimo e risulta l'appartenenza al piviere di S. Casciano. Nell'alto Medioevo il toponimo Settimo individuava la località posta al settimo miglio sulla via romana che in sinistra d'Arno conduceva a Firenze, corrispondente all'attuale S.Benedetto a Settimo. In seguito la denominazione si è estesa a comprendere S.Frediano e addirittura, in epoca più recente, la stessa pieve di S. Casciano, che invece era vicina al sesto miglio. Nel 1455 la chiesa di S. Frediano fu eretta in propositura su istanza del prete Angelo Fanucci. Nel 1496 vi fu annessa la chiesa di S. Stefano a Macerata. L'edificio di S. Frediano ha subito numerose modifiche nel corso dei secoli che ne hanno alterato l'aspetto medievale, tanto che nel 1844, durante la visita pastorale, l'arcivescovo Giovanni Battista Parretti poteva affermare che la chiesa era «di moderna costruzione». Fino alla fine del XVI secolo essa mantenne la struttura ad aula unica. Nella descrizione della visita pastorale dell'arcivescovo Carlo Antonio Dal Pozzo, risulta che era dotata di un unico altare con un icona antica e rovinata e ornato con un crocifisso e candelieri lignei. Si tratta probabilmente della prima menzione della trecentesca tavola raffigurante la Madonna delle Grazie, in seguito collocata sull'altare laterale.
Una descrizione più dettagliata e una pianta, datate 1616, compaiono nel Campione A dell'Archivio Parrocchiale, dalle quali risulta che la chiesa, a pianta rettangolare e ad aula unica, era dotata di un campanile a vela bifido con una sola campana e di un secondo altare intitolato a S. Nicola, risalente agli inizi del secolo, con un dipinto oggi non conservato. Nel 1736 il proposto Tommaso Cortesi, che si era insediato a S.Frediano nel novembre del 1733, fece costruire il coro a sue spese. Nel 1787 furono eseguiti nuovi lavori, che alterarono completamente l'assetto dell'edificio. Il progetto fu realizzato da Giovanni Andreini, autore in quegli anni di numerosi e importanti interventi in chiese della città e del territorio, interprete dal punto di vista architettonico deI disegno di ristrutturazione delle istituzioni ecclesiastiche perseguito dall'arcivescovo Angiolo Franceschi nel periodo delle grandi trasformazioni istituzionali della Chiesa toscana operate dal granduca Pietro Leopoldo. La chiesa di S.Frediano, che mantenne la pianta rettangolare ad aula unica, fu ampliata con l'aggiunta del nuovo coro quadrangolare, ai cui lati si aprivano due stanze che conducevano a destra in sagrestia e a sinistra nel vecchio cimitero. Fu inoltre costruito un nuovo campanile a torre con coronamento a cuspide sul lato meridionale dell'edificio. A quasi un novantennio più tardi, al 1872, risalgono i progetti per l'ampliamento del presbiterio. Nell'Archivio Parrocchiale è conservata una pianta con gli interventi da realizzare e la situazione precedente, firmata da Lorenzo Nencini. Nel medesimo anno fu redatta una perizia per la realizzazione del nuovo camposanto, che doveva precedere la costruzione di una cappella sul lato settentrionale, nella zona occupata fino a quel momento dal vecchio cimitero. La propositura avrebbe assunto la pianta a croce latina: lasciando inalterata l'aula fino al primo arco, si doveva procedere alla costruzione di due cappelle laterali e di un nuovo coro, occupando una parte del vecchio cimitero a nord, abbattendo una parete a sud e utilizzando parte della canonica. Sul vecchio coro fu impostata la cupola, a sottolineare il nuovo assetto del transetto. I lavori, iniziati il I agosto 1876, si conclusero il 14 novembre successivo: la cappella di destra fu intitolata all'Immacolata Concezione (due anni dopo Gaetano Fortini ne edificò l'altare), quella di sinistra a S. Giuseppe. La chiesa fu consacrata dall' arcivescovo Paolo Micallef due anni più tardi. Nel 1929 il proposto Giuseppe Orsini, dopo alcune ricerche d'archivio che gli confermarono l'origine medievale della chiesa, fece effettuare saggi nelle mura laterali, che riportarono alla luce ampi tratti murari nella parete settentrionale e sulla facciata, tuttora visibili.La descrizione del Campione A, del 1616, menziona la campana collocata sul primitivo campanile bifido; questa era in cattive condizioni secondo la visita pastorale dell'arcivescovo Francesco Pannocchieschi d'Elci nel 1666, e infatti nel 1717 franò a terra. Riparata da «Dario Rosaspina fabbro di Cascina», fu ricollocata al proprio posto ma nel 1735 fu definitivamente fusa «sotto al portico di lacopo e Domenico Morganti», per fare due nuove campane da collocare sul campanile a vela. Il 26 gennaio 1843 Vincenzo Maurovelli fuse tre nuove campane, consacrate il 6 maggio 1844 dall'arcivescovo Giovanni Battista Parretti durante la visita pastorale, «la prima sotto il titolo della Madonna delle Grazie, la seconda sotto il titolo di S. Frediano, la terza di S. Niccolaio».