La chiesa è a pianta centrale e presenta due ottagoni concentrici.  La geometria dell’insieme è rotta dall’abside, collocata a sud-est, preceduta dal presbitero con due ambienti di servizi; il portale d’ingresso è asimmetrico rispetto all’asse centrale. L’ottagono interno, delimitato da pilastri di forma differente per adattarsi ai diversi carichi sostenuti, è quello sui cui si appoggia la cupola. I pilastri sono raccordati tra loro da esedri e una serie di colonne con bei capitelli traforati; elemento architettonico interessante è il pulvino, un elemento a forma di tronco di piramide rovesciato, posto tra il capitello e la muratura, e che si ritrova solo nelle chiese altomedievali.
Al piano superiore si trova il deambulatorio e il matroneo. La cupola, che non ha mai avuto mosaici,  fu affrescata tra il 1780 e il 1782 da Ubaldo Gandolfo, Iacopo Guarana e Serafino Barozzi. Il pavimento conserva in parte il mosaico originale.
L’intera chiesa è illuminata da luci morbide e calde, grazie alle preziosi lastre di alabastro poste alle finestre.