La basilica presenta una facciata progettata da Arcangelo Guglielmelli che riuscì ad inglobare nel nuovo progetto le uniche due colonne corinzie, alte 11 m circa e risalenti all'antico tempio dei Dioscuri di Napoli, rimaste in piedi a seguito del terremoto del 1688. Le stesse vengono così lasciate ai lati dell'ingresso principale. Ancora più ai margini della facciata principale sono collocate entro due nicchie statue raffiguranti i santi Pietro (a sinistra) e Paolo (a destra), entrambe di Andrea Falcone del 1671.

Priva di cupola, è a croce latina, a tre navate con cappelle laterali ed abside poligonale, fiancheggiata da due cappelle. Le navate minori presentano un'alternanza di cupolette ellittiche e di volte a crociera. Nella facciata interna, Santolo Cirillo, nel 1737, rappresentò la Dedicazione del tempio di Salomone. Sulla sinistra del presbiterio, è presente la cappella Firrao (la cui impostazione complessiva si deve al Fanzago), elegantemente decorata da tarsie marmoree tra il 1640 ed il 1642; conserva due sculture di Giulio Mencaglia raffiguranti la Madonna delle Grazie e Antonino Firrao posto sulla destra, mentre sulla sinistra il ritratto di Cesare Firrao è opera di Giuliano Finelli, collaboratore del Bernini a Roma.

L'altare maggiore del presbiterio è del teatino Anselmo Cangiano così come il ciborio di pietre rare, a forma di tempietto, che fu realizzato da Raffaele Mytens, detto il Fiammingo. Nella volta della navata centrale, si conserva in stato frammentario uno stupendo ciclo di affreschi tra i più importanti di Massimo Stanzione del 1644, gravemente danneggiati durante i bombardamenti del 1942, raffiguranti le gesta degli apostoli Pietro e Paolo.