La cabecera está constituida por un ábside poligonal de siete lados , con gruesos muros donde se instalaba en la parte superior, una galería de arcos apuntados. Dicho ábside se cubre con bóveda de crucería con nervios en sección de triple bocel que se unen en una clave decorada con las figuras de las santas titulares. Estos nervios, al igual que sucede en la nave, apean sobre ménsulas que se enlazan por medio de una imposta poco volada y decorada con bandas pintadas alternando el rojo y el blanco simulando las barras de la corona aragonesa. En cada paño, a distintas alturas, abre un ventanal en arco apuntado, conservando el central parte de las yeserías que los cerraban. En los lados más próximos a la nave se abrieron sendas capillas, en el siglo XVI se construyó la del Rosario, en el lado Norte, y ya en el siglo XVII, la del lado Sur, dedicada a San José, de planta cuadrada y ampliada en el siglo XVIII, cubriéndola con cúpula sobre pechinas y coronada con linterna; en esa época se levantó la portada. La decoración interior del ábside es continuación de la de la nave, con pinturas que imitan el despiece de ladrillo, destacando en dos plementos de la bóveda la simulación de pequeños óculos con tracerías góticas. El presbiterio queda sobreelevado por gradas decoradas con azulejos del siglo XVI, localizándose a los pies de las gradas una cripta.
Al exterior muestra el muro de argamasa de yeso liso: en los paños rectos sobresalen los volúmenes de las capillas, realizadas en ladrillo. La parte superior del muro está ocupada por la galería de arquillos apuntados de ladrillo, que en los paños centrales queda alojada en el interior del muro, aprovechando el gran grosor de éste. Por encima de la galería se sitúa el alero, a base de ménsulas escalonadas de ladrillo.
Nave de planta rectangular con tres tramos cubiertos con bóvedas de crucería simple con nervios en sección de triple bocel que apean en ménsulas enlazadas por una imposta poco volada de perfil en nacela que recorre toda la iglesia, por encima de las capillas laterales y que va decorada con bandas pintadas alternando el rojo y el blanco, simulando, las barras de la corona aragonesa. En el tramo de los pies se localiza el coro alto, sobre bóveda rebajada de crucería sencilla con clave pinjante de obra y decorada con pinturas figuradas y cuyos nervios apean en semicolumnas con capiteles decorados con motivos vegetales. A cada tramo de la nave abren dos capillas, una a cada lado, cubiertas con bóvedas de cañón apuntado. Interior recubierto por pinturas que simulan aparejo de ladrillo y entre las que se desarrollan algunas fajas con sencillos motivos geométricos y vegetales, así como escudos de la villa; asímismo, aparece decoración agramilada y pintada a base de elementos mixtilíneos entrecruzados formando rombos y llenando grandes paños en las capillas laterales. Entre la decoración de yeso tallado cabe destacar la del antepecho del coro y el púlpito, donde se combinan motivos de lazos de cuatro octogonal con tracerías góticas a base de cuadrilóbulos, y la conservada en algunos vanos, destacando el ventanal del tramo central en el lado derecho donde se ve que la luz va partida en dos por un pilarcito octogonal sobre el que a ambos lados arrancan dos arcos gemelos de perfil mixtilíneo primero, que entrecruzan sus ramas ya solo en perfil lobulado, formando rombos, cuyos campos van rellenos de decoración de ataurique.
En el exterior grandes superficies lisas; en los alzados laterales, por encima de las capillas laterales, destacan los arcos apuntados que actúan de descarga entre los contrafuertes, sirviendo además de apeo a la galería corrida de arquillos apuntados de ladrillo que presenta carácter defensivo y a la que se accede desde las torres situadas a los pies del templo.
El alero presenta igual solución para la nave y para las capillas laterales, a base de ménsulas escalonadas de ladrillo.

La iglesia de las Santas Justa y Rufina configura junto con las coetáneas de Santa María y San Miguel, un conjunto mudéjar de poderosa personalidad artística, siendo uno de los elementos singularizadores la argamasa de yeso usada como material principal de la construcción y que prolonga la tradición constructiva local de época musulmana, aún apreciable en los restos del castillo.
Una serie de características constructivas y decorativas ponen este edificio en relación con otras iglesia mudéjares: los arcos que voltean entre los contrafuertes se emplearon también en la ex colegiata de Borja; las yeserías de los ventanales se relacionan con la primera etapa de la iglesia de la Virgen de Tobed y con el taller de la Aljafería en tiempos de Pedro IV; la decoración de bandas pintadas en rojo y blanco es común a varias iglesias del arcediano de Calatayud IV.