La iglesia se construyó en el Coso Alto, la principal vía urbana de la época, abierta alrededor del antiguo perímetro amurallado. En ella se alzaron los principales palacios del siglo XVI. Entre ellos puede destacarse el de los Lastanosa, situado frente a la fachada del templo, cuyos habitantes mantuvieron importantes relaciones con los jesuitas.
El colegio y residencia de la Compañía, construido en el siglo XVII, estaba situado junto a la iglesia, separado de ella por una estrecha calle que asciende hacia el casco histórico (la costanilla de Lastanosa). Ambos edificios estaban unidos por un paso elevado sobre un arco, abierto por su frente. En él se abría una capilla dedicada a san Vicente. Aunque el edificio del colegio ha desaparecido, el arco todavía se conserva.
La iglesia es un edificio de ladrillo. Tiene planta de cruz latina inscrita en un rectángulo formado por las capillas laterales y una sacristía situada tras la cabecera.
La fachada, con la puerta de acceso, se sitúa a los pies del edificio. Es una construcción muy sobria, dividida horizontalmente en dos cuerpos y, con ejes verticales remarcados mediante pilastras adosadas de muy escaso resalte, entre las que se disponen ventanas adinteladas superpuestas. En la parte inferior, con acceso mediante varios escalones, se abre la puerta, en arco de medio punto, con dovelas salientes y rehundidas de forma alternada, enmarcadas por una moldura. Sobre ella hay una gran hornacina en arco, en la que se sitúa una escultura en piedra de San Vicente, enmarcada por decoración en relieve y coronada por un escudo real de Carlos III de gran volumen. La fachada está rematada por un sencillo frontón triangular, al lado del cual se alza una pequeña torre cuadrangular, con vanos de medio punto para campanas y rematado a su vez por un pequeño frontón triangular.
Había otra entrada, actualmente cegada, en el lado del Evangelio. Daba a la costanilla de Lastanosa, donde todavía puede verse el arco mixtilíneo de esta puerta.
El interior presenta una sola nave, con capillas laterales comunicadas entre sí, crucero de brazos poco acusados, de la misma profundidad que las capillas, y cabecera recta, tras la que se dispone un espacio cuadrangular destinado a sacristía, con acceso desde los brazos del crucero.
La nave tiene tres tramos, cubiertos por bóvedas de cañón con lunetos, y presenta una galería o tribuna en su parte superior, con los huecos cerrados por celosías de madera, según es usual en las iglesias jesuíticas. Sobre esta galería se abren los vanos de iluminación, en arco rebajado, enmarcados por una abundante decoración en yeso. La bóveda de la nave muestra grandes pinturas sobre lienzo, una por cada tramo, que representan escenas de la vida y martirio de San Vicente; se completan con tondos situados en los lunetos, cada uno de los cuales representa una escena que hace alusión al titular de la capilla situada debajo.
Las capillas se abren a la nave a través de elevados arcos de medio punto, sobre pilares cruciformes. Están cubiertas por bóvedas de arista y comunicadas entre sí por elevados huecos de medio punto.
El crucero es un espacio cuadrado cubierto por una cúpula gallonada, apoyada sobre pechinas en las que hay esculturas de yeso que representan ángeles con los instrumentos del martirio. Los brazos del crucero, que comunican con la primera de las capillas y visualmente son una prolongación de estas, se configuran a modo de entrantes poco profundos cubiertos mediante bóvedas de cañón con lunetos.
La cabecera presenta el mismo tipo de cubierta.
Tras ella se sitúa la sacristía, a la que se accede desde los brazos del crucero, a través de estancias situadas a los lados de la cabecera. Es una estancia dividida en cinco tramos cubiertos por bóvedas de arista.
A los pies de la nave está el coro. Está situado sobre una bóveda encamonada que se abre hacia la nave con un arco carpanel.