L'oratorio presenta una facciata a capanna in mattoni, abbellita da un portale in travertino datato 1574 e, in alto, da un disco raggiato con il trigramma bernardiniano.

È organizzato su due livelli: quello superiore è il più antico. Ha il soffitto a cassettoni, decorato da teste con cherubini, e le pareti in legno con decorazioni a stucco di Ventura Turapilli (1496-1512). Tra i pilastri inoltre si trova un celebre ciclo di affreschi con Storie della Vergine, del Sodoma, di Girolamo del Pacchia e del Beccafumi, realizzato tra il 1518 e il 1532. Evidenti sono nel ciclo le memorie delle opere romane di Michelangelo e Raffaello, in particolare la volta della Cappella Sistina e le Stanze Vaticane.

Al piano inferiore, il primo che si incontra entrando dall'esterno, è presente sul soffitto la Madonna che protegge Siena, San Bernardino e Santa Caterina, affresco di Arcangelo Salimbeni portato a termine da Francesco Vanni (1580). Le lunette presentano scene della vita di san Bernardino cui parteciparono Ventura Salimbeni, Rutilio Manetti, e molti altri artisti della prima metà del Seicento. A lato si trova una quattrocentesca Madonna col Bambino di Sano di Pietro, mentre la tavola dell'altare è di un pittore della sconda metà del XVI secolo, vicino al Brescianino.

L'androne di collegamento tra i due piani presenta tavole seicentesche di Bernardino Mei.