La località Talciona è conosciuta fin dall'XI secolo quale sede di un castello appartenente prima al contado senese e successivamente a quello fiorentino. È citato per la prima volta in un atto di donazione nel 1089 mentre nel 1104 risulta rogato un lodo di demarcazione tra Firenze e Siena.

Situata vicino all'incrocio tra la via Cassia e la via Francigena già nel XII secolo divenne la sede di una comunità di canonici che edificarono una loro chiesa; in questa chiesa il 28 marzo 1156 il conte Guido Guerra II e l'abate di Martùri sottoscrissero una vendita di beni.

Così il Repetti ce la racconta nel suo Dizionario Geografico, Fisico e Storico della Toscana:

TALCIONE in Val d'Elsa. - Villaggio che ha dato il vocabolo ad una chiesa (S. Maria a Talcione ) cui fu annesso il popolo di S. Stefano a Talcione , nella Comunità Giurisdizione e due miglia toscane a levante di Poggibonsi, Diocesi di Colle, già di Siena, Compartimento sanese. Risiede sopra un colle presso la villa di Strozzavolpe, costà dove possedeva beni il gran conte Ugo, il quale nel 998 assegnò alla sua Badia di S. Michele in Marturi sopra Poggibonsi due poderi posti in Talcione . - Più tardi vi acquistarono giurisdizione i conti Guidi, uno de'quali nel 1156 fece una permuta dei beni medesimi posti presso la canonica di Talcione con altri di pertinenza della Badia predetta. - In quanto poi alle controversie insorte fra i vescovi di Firenze e di Siena rispetto alla giurisdizione di questa contrada vedasi l' Articolo POGGIBONSI. Due istrumenti, che uno verso la fine del secolo XI (1089) e l'altro sul principio del XII (1004), rogati nel castel di Talcione , danno a conoscere qualmente in quel frattempo il distretto civile di Talcione era passato dal territorio sanese in quello fiorentino, mentre l'istrumento del 1089 fu rogato nel Castello di Talcione , contado sanese, ed il secondo nel territorio fiorentino .

La chiesa di S. Maria a Talcione nel 1508 fu ammensata con i suoi beni all'arcispedale di S. Maria Nuova, il quale ne conserva il giuspadronato.
La parrocchia di S. Maria a Talcione nel 1833 noverava 152 abitanti.

Nel 1203, durante la definizione dei confini tra i territori senese e fiorentino in questa zona, il castello di Talciona non viene citato mentre se ne nominava la chiesa.
Dopo il suo inserimento nel contado fiorentino, la località nel XV secolo entrava poi in possesso della famiglia Adimari, e viene indicata come villa. Il complesso fu quindi decastellato e ridotto a villaggio aperto, probabilmente tra gli inizi del XIII secolo ed il XV secolo; sembra più probabile comunque la prima data proposta.
La prima attestazione della Chiesa di Santa Maria risale al 1156, quando presso la canonica fu rogato un atto con il quale i conti Guidi fecero una permuta di beni posti presso Talciona. Parte del suo popolo si trasferì nella parte senese del castello di Poggio Bonizio ove edificò una chiesa di Santo Stefano in Talciona nel 1156.
Tracce materiali del castello si ritrovano in una torre molto rimaneggiata, incorporata in una villa cinquecentesca. La chiesa è invece un interessante esempio di edificio tardoromanico pressochè conservato integralmente; è costituita da una navata rettangolare absidata con copertura a tetto realizzata con conci di travertino, arenaria e calcare disposti a corsi orizzontali e paralleli.
La facciata a capanna presenta portale ad arco crescente con ghiera avvolgente decorata con motivi simili a quelli proposti nell'occhio sovrapposto. Sull'architrave, sorretto da mensolette concave decorate con figure bestiali, è scolpita l’Adorazione dei Magi, di forme piuttosto rozze probabilmente opera di maestranze locali; la datazione è fornita dall'incisione dell'anno 1234.
Sopra al portale è collocato un occhio decorato con inserzioni in laterizio. Tra il portale e la cuspide della facciata è collocato uno stemma in ceramica in stile robbiano dello Spedale di santa Maria Nuova che deve essere stato realizzato dopo il 1508. Il fianco meridionale presenta una netta differenza nel paramento murario; la parte sinistra presenta uno stile identico alla facciata, quindi ante 1234 e in questa zona sono collocati un rosone decorato a motivi geometrici e circondato da una cornice modanata a gola; la parte destra è la più antica e appartiene alla chiesa originaria anche se non è ben visibile a causa della presenza del campanile ottocentesco. Lungo tutta la fiancata corre il coronamento del tetto realizzato con mattoni disposti a dente di sega, quest'intervento è frutto del restauro novecentesco della chiesa. Il muro esterno settentrionale presenta le stesse caratteristiche di quello meridionale; in questa parte si aprivano un portale ad arco crescente che era collegato alla canonica e anche una monofora architravata realizzata all'epoca della fondazione della comunità canonicale nel XII secolo.
Nella tribuna è posta l'abside al cui centro si ape una monofora centinata: Il coronamento dell'abside presenta una cornice sgusciata e anche degli archetti pensili sostenuti da mensole.

Al centro dell'architrave è posta un'iscrizione riportante l'anno di realizzazione: A.D. M.CC.XXX.IIII La miglior descrizione dell'architrave è riportata nel volume realizzato da M.Salmi nel 1927:
 

«L'architrave è più documento storico che espressione d'arte. Vi è scolpita l'Adorazione dei Magi ad altorilievo, sempre secondo una visione di pura frontalità. I re coronati, che portano la cuffia di moda nel Dugento, sono di una certa vivezza. Invece il San Giuseppe di prospetto- che assiste alla scena secondo una tradizione iconografica occidentale - ha orribili forme; e così la Vergine con le braccia aperte come le anse di un vaso. Ma il Putto non è in grembo alla Madre: è ben piantato a terra; e questa, come le altre quadrate figure, sembra seguire più le possenti tradizioni etrusche che le trascendentali forme orientali.»

L'interno si presenta completamente stonacato e sono visibili delle pesantissime stuccature sulle pietre. La copertura è a capriate. Va segnalato il tabernacolo in terracotta invetriata policroma attribuito a Giovanni e Andrea della Robbia e, posta nell'arco della monofora, una scultura raffigurante una testa umana sopra due pavoni (XIII secolo).

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