Il tempio sorge nel centro storico di Perugia, subito fuori dalla porta di San Costanzo che si apre alla fine di Borgo XX Giugno, e fu eretto sul luogo in cui il santo fu sepolto in un mausoleo dopo il martirio.

La facciata presenta un portale marmoreo nella cui lunetta è inserito un bassorilievo in terracotta raffigurante il Santo a mezzobusto benedicente. Al di sopra del portale c'è il rosone fiancheffiato da altorilievi allegorici che rappresentano i simboli dei quattro evangelisti. Al di sopra del rosone, il timpano è rivestito da un bassorilievo in terracotta che ritrae il Cristo benedicente in trono all'interno di una mandorla circondata da decorazioni a tralcio e floreali. La facciata presenta i classici motivi decorativi dell'arte romanica, ed è in linea con lo stile delle altre chiese Leonine umbre, costruite o restaurate per volontà del papa Leone XIII quando era arcivescovo di Perugia. L'interno del tempio presenta le pareti interamente dipinte ad affresco. Nel catino absidale ritroviamo il Cristo benedicente in trono all'interno della mandorla, con, alla sua destra e alla sua sinistra, tre angeli per parte.

All'interno dell'abside è presente un polittico (pentastico) in stile neogotico che raffigura San Costanzo nell'immagine centrale, affiancato dai santi Martino di Tours e Pietro Vincioli alla sua destra e Sebastiano e Biagio alla sua sinistra, mentre al di sopra del patrono, nella cimasa è raffigurata la Vergine Maria. Due trittici dello stesso stile, eseguiti come il pentastico absidale da Ludovico Caselli tra il 1890 e il 1891, si trovano addossati alle pareti laterali della navata.