Della chiesa originaria non rimane oggi nulla: la struttura odierna è un misto tra interventi seicenteschi e neoclassici. La facciata in pietra calcare fu costruita tra il 1825 e il 1827 da Girolamo Arganini e rappresenta una delle possibili tipologie di chiese neoclassiche: essa è introdotta da un pronao esastile di ordine ionico sorreggente un frontone triangolare che nasconde parzialmente il finestrone semicircolare.
La chiesa si presenta all'interno con una pianta longitudinale ad un un'unica navata che si conclude sull'abside semicircolare che contiene l'altare neoclassico di Giuseppe Zanoia risalente al 1779. Tra le varie pale d'altare nella chiesa si segnala Gloria di San Carlo Borromeo attribuito a Giulio Cesare Procaccini (1610).
Nella prima cappella di destra è da segnalare la Statua della Vergine traslata in San Tomaso nell'anno 1887: la statua, sul cui capo è poggiata una corona posta da San Carlo Borromeo, era originariamente ospitata in San Nazaro in Pietrasanta e fu qui trasferita dopo la demolizione di quella chiesa con una grande processione la notte del 15 dicembre 1887.
