Di gusto tipicamente barocco, la basilica è posta a ridosso della retrostante Galleria Umberto I e si sviluppa su una pianta centrale, la cui navata è interamente sormontata da un ottimo esempio di cupola su base ellittica, di influenza guariniana.

All'interno si possono ammirare le pregevoli statue lignee del Perrucca poste presso l'altar maggiore, mentre nella Sacrestia è conservata una singolare «macchina processionale» in cartapesta raffigurante la Resurrezione, attribuibile al Plura; degni di nota sono anche il pulpito e i confessionali in stile eclettico, opera di Carlo Ceppi. La volta della cupola fu affrescata nel 1859 da Paolo Emilio Morgari con il Trionfo della Croce.

I bombardamenti del 13 luglio del 1943 che causarono ingenti danni a tutto il circondario danneggiarono gravemente il ciclo di affreschi ottocenteschi del Morgari e del Gonin. Contestualmente alle altre proprietà dell'Ordine Mauriziano, nel 2001 sono stati avviati dei lavori di restauro che prevedono un recupero architettonico e la creazione di un nuovo percorso museale della sottostante cripta.