Es una iglesia de planta de cruz latina, compuesta por una nave con capillas laterales, crucero y cabecera recta. La torre está situada junto a la cabecera.

Su fábrica es de ladrillo combinado puntualmente con piedra en zócalos, cornisas y elementos decorativos como pináculos y su cubierta es de teja árabe.

Destaca su monumental fachada que sigue modelos barrocos italianos de gran plasticidad y clasicismo basados en el tratado Perspectiva pictorum et architectorum de Andrea Pozzo. Rematada por un frontón triangular, está dividida en cinco calles dispuestas escalonadamente, la central de las cuales acoge la portada. Esta consta de un sencillo vano de acceso adintelado flanqueado por dos elevadas columnas que sustentan un arco de medio punto  moldurado. Encima de la puerta se dispone el escudo de la Compañía de Jesús y, sobre él, una hornacina avenerada con la imagen del santo titular integrada en una composición arquitectónica barroca con pilastras decoradas con relieves, un frontón partido, etc.

Al interior, el templo adopta el característico modelo jesuítico compuesto por una única nave flanqueada por capillas laterales comunicadas entre sí, destacado crucero y ábside; una tribuna, con embocaduras bíforas y cerrada por celosías de madera, recorre la parte superior de la nave central. 

La nave consta de tres tramos, cubiertos con bóvedas de lunetos. A continuación, el transepto, ligeramente acusado en planta, cuenta en su parte central con un crucero cubierto por una cúpula sobre pechinas rematada con linterna; y una cabecera recta cubierta con una innovadora bóveda avenerada, tras la que se ubican la sacristía, la sala capitular y otras dependencias anejas desde las que se accede tanto a la cripta existente bajo el altar mayor como a los pasadizos que comunican la iglesia con varios edificios de su entorno.

La iluminación del interior se articula a través de los vanos situados sobre las tribunas y los abiertos en la linterna y la media naranja que cubre el crucero.

Su esbelta torre de reminiscencias mudéjares, situada junto a la cabecera, está construida en ladrillo. Consta de tres cuerpos, que adoptan sucesivamente una planta cuadrada, ochavada y octogonal, y está rematada por un chapitel bulboso.

El conjunto arquitectónico de los jesuitas en Calatayud estaba también integrado históricamente por el edificio del colegio, erigido en la primera mitad del siglo XVII, muy alterado y utilizado actualmente como sede comarcal la UNED, y por el edificio del Seminario de Nobles, levantado frente a la iglesia a partir de 1752, que en estos momentos es la sede de los juzgados y de la biblioteca municipal.