Alcuni storici sostengono che la fondazione dell’oratorio si possa collegare con il tentativo del granduca Cosimo III, in qualità di Gran Maestro dell’Ordine dei Cavalieri di S. Stefano, di staccarsi dall’arcivescovo di Pisa per attribuire a se stesso un ufficio episcopale. Secondo altri storici, il motivo che indusse i confratelli di S. Giulia ad erigere un oratorio dedicato a S. Ranieri va invece ricercato, come conferma l’antica iscrizione posta sopra il portale di ingresso, nel desiderio della Confraternita di avere presso la propria chiesa un luogo in cui venerare il santo dell’Arcidiocesi da cui in quel tempo dipendeva Livorno.

La facciata estremamente semplice e lineare, abbellita solo da una grande finestra e dal portale con la lapide che ne ricorda la fondazione, nasconde uno dei tesori della città. Le pareti dell’aula, a pianta rettangolare, sono ricoperte da manganelle lignee sopra le quali si trovano delle lesene bianche binate ed affreschi, di attribuzione incerta, raffiguranti sei episodi della vita di S. Ranieri. Il tutto è sovrastato da un cornicione dal quale si innalza la volta scandita da tre unghie per ciascun lato. In esse sono dipinti balconcini con balaustre, su sfondi di cielo o a finta volta con lacunari.

L’altare, realizzato in stucco e considerato un notevole manufatto artistico, è costituito da una semplice e lineare mensa sostenuta da quattro cariatidi ed è inserito tra due colonne tortili. È sovrastato da una tela, donata dalla comunità pisana, che raffigura S. Ranieri che resuscita un bambino, realizzata da Oscar Bagnoni nel 1969 e copia del dipinto esistente nel duomo di Pisa. Il quadro collocato in origine sull’altare, che si presume raffigurasse S. Ranieri, è andato disperso durante l’ultimo conflitto mondiale.

La cimasa dell’altare è quella originale ed è un dipinto su tela, raffigurante l’Assunta, attribuito ad Alessandro Gherardini. L’edificio, gravemente danneggiato durante l’ultima guerra, ha subito numerosi interventi di ristrutturazione, l’ultimo dei quali, terminato nel 2001.