La monumental iglesia de Santa María la Mayor, de estilo barroco clasicista, presenta una planta compleja de cabecera recta y profunda con coro bajo tras el altar mayor, dos sacristías a ambos lados y capillas laterales, crucero, tres naves, un pequeño atrio y dos torres, adosadas a la fachada principal, de las que sólo se finalizó la del lado de la Epístola.

La cabecera de la iglesia, construida entre los años 1722 y 1771, se compone de un presbiterio de tres tramos que presenta la misma luz, profundidad y altura que los tramos de la nave central, cubierto con bóveda de lunetos. A ambos lados se sitúan dos capillas, como prolongación de las naves laterales, de planta cuadrada cubiertas por cúpulas ciegas sobre pechinas, que tienen igual profundidad y luz, aunque menor altura, que los tramos de éstas naves. Abren hacia los brazos del crucero y al propio presbiterio a través de arcos de medio punto. Destaca el hecho de poseer sendas sacristías y un coro bajo tras el altar mayor.

Los brazos del crucero, de un solo tramo, presentan la misma luz, profundidad y altura que los de la nave central, y se cubren con bóvedas de lunetos. El espacio central del crucero va cubierto por una gran cúpula, con linterna, sobre tambor cilíndrico y pechinas, que apoya en cuatro arcos fajones.

El cuerpo de la iglesia está integrado por tres espaciosas naves, prácticamente de igual altura; se subdividen en tres tramos a través de pilares cruciformes, con pilastras estriadas adosadas y capitel corintio, que sostienen un entablamento con cornisa muy volada y las bóvedas de lunetos. En los muros de las naves laterales se abren arcos de medio punto para alojar diversos altares y retablos.

Destacan los grandes conjuntos de pintura mural que decoran el interior del templo, y que constituyen uno de los más importantes exponentes de la pintura del siglo XVIII aragonés; se deben, fundamentalmente, a la labor de dos pintores, Mariano Ponzano, pintor de cámara y tío del célebre escultor Ponciano Ponzano, y Fray Manuel Bayeu, hermano de Francisco y Ramón Bayeu y cuñado de Goya. Mariano Ponzano realizará los frescos de las dos primeras bóvedas que cubren el presbiterio con los temas de la Adoración del Nombre de Dios y la Exaltación de la Virgen. Las pinturas que ocupan el tercer tramo del presbiterio, sendos brazos del crucero y los tramos de la nave central son atribuidas por Arturo Ansón al mediano de los hermanos Bayeu, Fray Manuel, quien desarrolló en estos espacios seis letanías marianas(Regina Patriarcarum, Regina Apostolorum, Regina Prophetarum, Regina Martirum, Regina Confesorum y Regina Virginum). En las pechinas de la cúpula del crucero aparecen representados los Cuatro Evangelistas, mientras en las naves laterales y en el tambor de esta misma cúpula se representan otros temas.La iluminación de la iglesia, salvo en los brazos del crucero, se realiza a través de grandes óculos, decorados con guirnaldas y cabezas de querubines, abiertos en los medios puntos y en la cúpula que cubre el crucero.

Asimismo, destaca en una de las capillas laterales, adosado a la parte baja de un retablo clasicista, un sarcófago de mayor antigüedad que la iglesia. Es una pieza del siglo XV, que contiene los restos de Lope Ximénez de Urrea (fallecido en 1475). Está realizado en alabastro, sostenido por seis leones del mismo material, con diversas escenas en relieve en su frente y figura de un yacente en la parte superior.

Las obras comienzan por la cabecera en 1722 tomando como modelo la zaragozana iglesia de Nuestra Señora del Portillo.

Desde 1771 hasta 1782, se hace cargo de la dirección de las obras el arquitecto Agustín Sanz, seguidor de Ventura Rodríguez, quien, además de imprimir su sello personal a este templo, reflejará el estilo de la recién reformada Basílica de Nuestra Señora del Pilar de Zaragoza realizada por su maestro.