La chiesa di S. Francesco è insigne monumento seicentesco, testimonianza della volontà artistica degli Estensi, che vi impiegarono architetti e pittori dell’attiguo Palazzo ducale, e della secolare devozione sassolese all’antico crocifisso chiamato “Santo Tronco”. Originariamente dedicata alla Santa Croce e poi a S. Francesco, che secondo la tradizione passò da Sassuolo, sorgeva sulla parte opposta del piazzale. Ricostruita sul lato nord come cappella palatina dal 1650, su disegno dell’architetto romano Bartolomeo Avanzini, fu unita alle stanze del Palazzo ducale tramite il cosiddetto “corridoio segreto” che consentiva al duca di accedervi direttamente. L’aula è stata affrescata nel 1651 dai quadraturisti bolognesi B. Binchi e G. Monti con finte architetture, festoni, tendaggi, balconate secondo il carattere illusorio dell’arte barocca presente anche nel Palazzo ducale. Al centro della volta, il pittore francese Jean Boulanger, autore dei grandiosi cicli pittorici del Palazzo ducale, dipinse nel 1652 l'”apoteosi di S. Francesco”. Al di sopra della porta della chiesa, una finta balconata con drappo estense sta ad indicare il posto d’onore del duca, di norma di fronte all’altar maggiore. L’organo, tuttora funzionante, è di fattura secentesca.
Nel 1994 fu istituito un Comitato per il restauro dell’edificio, composto dall’Arciconfraternita del SS. Crocifisso, da rappresentanze di imprenditori, da istituzioni e cittadini, il che ha restituito al monumento l’antico valore artistico
