La facciata della chiesa di Santa Maria del Carmine si affaccia sull'omonima piazza. Realizzata nel 1880 in un ricco stile neogotico, è opera di Carlo Maciachini, famoso per aver progettato il Cimitero Monumentale di Milano.

La facciata è a salienti, suddivisa da larghe lesene sormontate ognuna da un baldacchino gotico cuspidato. Al di sopra del portale centrale, decorato da una lunetta a mosaico con la Madonna in trono fra San Simone Stock e un angelo, vi è il grande rosone decorato da una raggiera riccamente scolpita. Un tema ricorrente nei bassorilievi della facciata è il monogramma mariano, presente soprattutto nella strombatura del portale centrale.

Su via del Carmine, che corre alla destra della chiesa, si trova la facciata del braccio destro del transetto, caratterizzata dalla presenza di due ampie monofore ogivali nella parte inferiore e di un rosone circolare in quella superiore, al centro. Più in alto, due bifore. Lungo la strada si apre anche una porta laterale d'ingresso alla chiesa, con lunetta al centro della quale vi è una Madonna col Bambino in terracotta. Sulla piazza antistante la chiesa è collocato il Grande Toscano, bronzo dello scultore polacco Igor Mitoraj (1986).

L'interno della chiesa di Santa Maria del Carmine presenta una pianta a croce latina, con il piedicroce suddiviso in tre navate coperte con volta a crociera, di cui la centrale di sezione e altezza maggiori, da possenti pilastri circolari alternati in cotto e in pietra. Fra le tre navate e l'abside, si trova il transetto, avente un altare a ridosso della parete terminale di sinistra.

L'abside maggiore è costituita da due sezioni: la prima, quadrangolare, coperta da volta a crociera e la seconda poligonale, in cui si aprono quattro alte bifore; su tutta l'area interna del presbiterio si sviluppano stuccature di gusto barocco. Opera molto interessante è il grande altar maggiore neoclassico, opera di Giovanni Levati, che lo realizzò in marmi policromi nel 1808 in sostituzione di quello barocco ligneo. Al disopra della mensa, su cui poggia il vecchio tabernacolo ligneo, oltre le due file dei reliquiari argentei (in primo piano) e degli alti candelabri (in secondo piano), vi è il tempietto circolare sorretto da colonne corinzie, ispirato a quello dell'antico altar maggiore del Duomo.