La facciata è di tipo classicheggiante secondo uno schema palladiano e ospita su due urne laterali i ritratti scolpiti del doge Carlo Contarini e della moglie, in memoria del lascito con cui ne fu finanziata la realizzazione.

L'interno, dal soffitto a volta, presenta una struttura a navata unica, con tre altari secondari su ciascun lato. Il primo altare di sinistra è decorato dal dipinto La Vergine Concetta di Sebastiano Ricci. Nel secondo altare di sinistra si trova la pala Cristo crocifisso e le pie donne di Giulia Lama, affiancata da due sculture di epoca settecentesca, Il patriarca Simeone e San Giuseppe, attribuibili ad Antonio Tarsia mentre la lunetta superiore è decorata dall'Ascensione di Antonio Vassilacchi. Il terzo altare di sinistra ospita una dipinto della scuola di Giovanni Battista Piazzetta, San Sebastiano e san Rocco, di Angelo Trevisan.

L'altare maggiore si trova in posizione isolata al centro del presbiterio ed è affiancato da due statue di Antonio Gai raffiguranti La Fortezza e La Fede. A fare da sfondo al presbiterio è il dipinto (restaurato) di grandi dimensioni San Vitale a cavallo e Santi, noto anche come Gloria di San Vitale o Pala di San Vitale, realizzato da Vittore Carpaccio (1514), che è anche l'autore dei Quattro Santi adorano la Vergine col putto situato subito sopra.

Sul lato destro, il primo altare ospita opere di Giovanni Antonio Pellegrini (San Giuseppe, San Francesco di Paola e Il Salvatore in gloria). Il secondo altare è ornato da sculture firmate da Antonio Tarsia, L'Annunciazione della Vergine, San Domenico e Santa Rosa; completa l'ornamento L'Assunzione di Antonio Vassilacchi, posta nella lunetta superiore. Nel terzo altare si trova una pala del 1730 realizzata dal Piazzetta e raffigurante L'Angelo Raffaele, San Luigi e Sant'Antonio da Padova.

Altre opere si trovano nella sacrestia: La morte di Sant'Ursicino di Gregorio Lazzarini e Il martirio di San Vitale, dipinto settecentesco di scuola veneziana.

Il campanile, inglobato nella fabbrica, sul lato rivolto verso il ponte dell'Accademia presenta incastrata nella base una lapide in pietra bianca con un'iscrizione di epoca romana, collocata in questa posizione fin dal Cinquecento.