Nella chiesa di Sant’Agostino Benozzo eseguì un affresco votivo commissionato dagli agostiniani a seguito della peste che nel 1464 colpì la città. E’ assodato che, per eseguire questo lavoro, il pittore interruppe la decorazione della cappella maggiore con le storie di Sant’Agostino. L’iconografia di questo affresco è abbastanza inusuale rispetto alla tradizionale rappresentazione che vuole san Sebastiano vestito solo con il perizoma e legato ad un albero o ad una colonna. Qui il santo è rappresentato in piedi sopra un piedistallo sorretto dagli angeli e vestito con una tonacella legata in vita e un ampio mantello aperto per proteggere la popolazione, in preghiera ai suoi piedi, come ricorda l’iscrizione sul piedistallo: SANCTE SEBASTIANE INTERCEDE PRODEVOTO POPOLO TVO. Un’altra iscrizione lungo lo spessore del pavimento marmoreo dipinto indica la data del 28 luglio 1464 quale termine di esecuzione.

Nel registro superiore è raffigurato Dio Padre, circondato dai serafini, che impugna una freccia per scagliarla contro l’umanità; sotto di lui Maria mostra il suo petto e Gesù ostenta le sue ferite per ricordare il sacrificio compiuto per la redenzione del mondo, cercando in questo modo di intercedere contro l’ira del Padre.

L’affresco vuole imitare con un raffinato effetto illusionistico, caratteristico dello stile di Benozzo, una grandiosa pala d’altare racchiusa entro una finta cornice marmorea; concorre ad accentuare questo gioco illusionistico la piccola pace con la Crocifissione, dipinta come una tavoletta appoggiata alla mensa dell’altare sottostante. Nel frate agostiniano inginocchiato ai piedi del Crocifisso è stato individuato dagli studiosi il ritratto di fra’ Domenico Strambi, il committente del ciclo con le storie di Sant’Agostino; l’iscrizione F.D.M.P., forse acronimo di “ Frater Dominicus Magister Parisinus”, che accompagna la rappresentazione, sembrerebbe convalidare questa ipotesi.

Il recente restauro compiuto nel 1990 ha stabilito che l’affresco fu eseguito in sole sedici giornate di lavoro e dunque con una certa sollecitudine, permettendo all’artista di proseguire i lavori per la cappella del coro della chiesa.

Circa due anni dopo Benozzo dipinse un altro affresco, con lo stesso soggetto, sulla controfacciata della Collegiata di Santa Maria Assunta a San Gimignano.