L'incompiuta facciata presenta un andamento semicircolare che le dona un aspetto scenografico, quasi come se volesse abbracciare i fedeli. Il portale realizzato nel 1931 è stato disegnato dall'architetto Leonida Emilio Rosetti e dona vigore ed imponenza alla facciata dell'edificio.

All'interno, il corpo principale ha pianta ottagonale e due altari. La cappella maggiore, in cui è collocata una pala del forlivese Antonio Fanzaresi che raffigura la Morte di Sant'Anna, è molto profonda per dare spazio al coro dietro l'altare, ed è affiancata da altre due cappelle, il cui ingresso rimane isolato dal resto della chiesa. La cantoria, sopra il portone, ospita un organo di Alessio Verati, costruito nel 1858 e restaurato nel 2004. Apprezzabili, tra l'altro, uno splendido quadro di Marco Palmezzano, la Visitazione, e una Pietà di Livio Agresti.

Nella cappellina a destra dell'entrata è custodito il cinquecentesco Crocifisso dei condannati, così detto perché durante il periodo pontificio era usato nelle processioni che accompagnavano i condannati dalle carceri al patibolo. Retto dal religioso, detto "confortatore", che doveva badare alla salvezza dell'anima del morituro, il crocifisso precedeva questi verso il patibolo fino all'ultimo istante di vita; si può quindi sostenere che il crocifisso sia l'ultimo oggetto terreno che videro diverse decine di condannati.