La fachada principal de la iglesia presenta el mismo tratamiento compositivo que la fachada del palacio a fin de no romper la unidad del conjunto, a excepción de la portada, las dos torres que la flanquean y la cúpula sobre pechinas del crucero. Torres y cúpula sobresalen por la línea de los tejados, dominando todo el conjunto y su fábrica fue realizada en una segunda etapa ya que puede apreciarse las diferencias de materiales y aparejo.

Esta fachada se articula en tres plantas, de las que en la central se continúan los balcones del resto de la fachada, mientras en la superior se ha sustituido la galería de arquillos por una composición apilastrada con decoración de rombos.

La portada de la iglesia abre en arco de medio punto, con las enjutas lisas, enmarcado por pilastras, sobre las que descansa una compleja y movida moldura, encima de la que se sitúa una hornacina flanqueada por pilastras fajadas flanqueadas a su vez por las mismas pilastras del piso inferior y que aquí se continúan con un remate piramidal. La portada está rematada con un frontón curvo. Por encima, un vano adintelado, y rematando el conjunto, un frontón curvo partido.

Esta portada queda flanqueada por dos torres de tres cuerpos de los que el inferior, dividido en tres zonas, queda integrado en el volumen de la fachada principal del palacio presentando únicamente un ligero avance hacia la plaza; el segundo cuerpo es cúbico con un vano enmarcado por alfiz, y el último es ochavado y abierto en cada uno de sus lados con remate de cupulilla. El avance de los volúmenes de las torres conforman una fachada con entrantes y salientes que aporta movimiento a la misma y que junto a la escalinata de acceso la integran en el urbanismo. También se acusa en la volumetría del edificio la cúpula de la iglesia que aunque queda algo baja al carecer de tambor, sin embargo, debido al escaso desarrollo de la nave, la cúpula avanza hacia la fachada, entre las dos torres, en una disposición claramente barroca.

Al interior presenta planta de cruz griega inscrita en cuadrado a la que se ha añadido un tramo a los pies, encajado entre las dos torres que flanquean la fachada de la iglesia y cuya función es la de servir de atrio de entrada en la planta baja y de coro en la planta superior, el cual apoya en arco carpanel. A ambos lados del tramo de la nave van las capillas y a ambos lados del tramo del presbiterio dependencias sobre las que se disponen las tribunas para uso palatino.

El presbiterio se cubre con cúpula sobre pechinas horadada por vanos adintelados, mientras que el tramo de la nave se cubre con bóveda. Los muros se articulan con pilastras de capitel corintio y entablamento corrido y de tradición clásica con arquitrabe, friso y cornisa, aquí doble cornisa. Toda la iglesia está recorrida por un zócalo y tanto el friso como los intradoses de los arcos que conforman la cúpula y el arranque de la misma van decorados.

La capilla privada, diseñada claramente como capilla palacial, no sólo se halla integrada en el bloque del palacio, adosada lateralmente al mismo y construida en ladrillo, sino que las lógicas excepciones de la portada y los volúmenes externos de las dos torres y la cúpula, la iglesia recibe el mismo tratamiento que el palacio en su disposición de manera que se conserva la unidad de conjunto.

La plaza de España se halla dominada visualmente por la gran cúpula de la iglesia y por las torres que la flanquean.