L'esterno oggi è molto sobrio, con la facciata incompiuta, senza alcun rivestimento. Vi si aprono tre portali, con quello centrale molto più grande, che conduce all'interno, mentre quelli laterali, oggi in genere chiusi, portano alle cappelle laterali. Sopra il portale centrale si trovano alcuni stemmi, tra i quali uno particolarmente interessante perché in terracotta policroma invetriata con l'arme dei Pandolfini, posto entro una ghirlanda vegetale retta da due cherubini.

Tra le cappelle, dove si trovano diversi monumenti funerari trasferiti dalla chiesa di San Pier Maggiore, demolita nel 1784, si trovano quattro confessionali in legno intagliato, con altrettanti ovali dipinti con Santi Carmelitani di Ottaviano Dandini (XVIII secolo).

Nella seconda cappella di destra si trova una tavola con l'Annunciazione e santi della cerchia di Giovanni Antonio Sogliani. In una cappella del lato opposto si trova la Vergine col Bambino e santi di Corrado Giaquinto.

Molto decorate sono le due cappelle del transetto. In quella di destra, con lo stemma Rinuccini, si trovano al centro il Transito di san Giuseppe di Giovanni Domenico Ferretti (1742), a destra il Riposo dalla fuga in Egitto di Ignazio Hugford e a sinistra lo Sposalizio della Vergine di Vincenzo Meucci. Nella cappella di sinistra la Madonna col Bambino, san Giovanni della Croce e santa Teresa di Francesco Curradi, Cristo appare a san Giovanni della Croce di Ignazio Hugford e la Madonna che dona un rosario a santa Teresa di Pietro Marchesini (1740 circa).

L'altare maggiore è sfarzoso, ricco di marmi colorati di pregio e sormontato da un crocifisso. Il coro è separato da un recinto sempre in marmi pregiati, con due porte monumentali decorate da busti. Alle pareti del coro si trovano alcune opere tra le quali un Ratto di san Paolo di Francesco Curradi.

Nella navata sinistra si trova anche il Martirio di santa Lucia, opera tarda del Volterrano in cui si riscontrano influenze di Ciro Ferri. Settecenteschi sono i quattro confessionali lignei, abbelliti da ovali con santi carmelitani e volute traforate.