La prima pietra dell'edificio, a pianta centrale secondo la tradizione delle chiese di dedicazione mariana, fu posta da Monsignor Laureti nel corso di una solenne cerimonia che si tenne il 13 ottobre 1594.

L'edificio è tutt'oggi costituito da un corpo ottagonale illuminato in alto da tre finestroni per lato e terminante con un cornicione in pietra a modiglioni, intorno al quale gira nella parte inferiore un portico con colonne di ordine tuscanico senza base e unite da balaustra. Il portico ospita 80 iscrizioni lapidee provenienti da edifici demoliti della città di Rovigo, nonché una meridiana inserita in uno dei punti angolari.

L’interno è caratterizzato da un sontuoso apparato decorativo barocco, costituito da spettacolari “teleri” dei maggiori esponenti della pittura veneta del XVII secolo tra cui Francesco Maffei e Antonio Zanchi. Arricchiscono l’insieme sculture ed elementi ornamentali come l’altare ligneo dorato di Giovanni Caracchio (1607), l’organo di Gaetano Callido (1767) e il soffitto affrescato da Vittorio Bressanin (1887).

Il campanile alto 57 metri è opera di Baldassarre Longhena (1773).