El primer templo de los mercedarios que se levantó con ayuda de Rodrigo de Quiroga, era de adobe con arcos de ladrillo y cal, techo de ciprés, abovedado y artesonado, según los testimonios de la época, desde las columnas en que descansaban los arcos había murallas formándose una capilla debajo de cada arco. Este templo quedó absolutamente destruido con el terremoto de mayo de 1647.
La segunda construcción levantada en 1683 por el capitán Ventura Carrión, de planta basilical, edificada en ladrillo y que constaba de dieciocho bóvedas, ricamente ornamentada en su interior y destacaban, asimismo, las tres puertas en ciprés con clavos de bronce. Esta iglesia se derrumbó con el terremoto de 1730.
El tercer templo se levanta por 1736 y corresponde a la actual construcción de los mercedarios. Esta edificación es obra de los Padres Alonso Rosas y Alonso de Covarrubias, la cual se termina en 1760. En 1795 se dice que Joaquín Toesca habría participado en las terminaciones de la iglesia, aunque para muchos historiadores no está clara dicha contribución, puesto que no se distingue el estilo del arquitecto. Aún así, se cree que el altar mayor fue diseñado por Toesca.
La construcción está proyectada en una planta basilical, compuesta por tres naves separadas por grandes arcos, los cuales están sostenidos por macizas columnas lisas fabricadas en piedra con alma de fierro. El coro alto no presenta columnas. Los arcos están construidos en ladrillo sin armadura y el arranque esta hecho en piedra. El techo está conformado por tejas de arcilla colonial.
La nave central presenta el cielo abovedado y carece de linterna o fuentes de iluminación natural. El cielo de las naves laterales es plano.
Las torres fueron inauguradas en 1880, a pesar de que la primera torre se construyó en 1859 y la segunda en 1885, son hechas en ladrillo y la parte superior es de madera.
El convento constaba de cuatro claustros y fue construido en 1758, en 1860 es reedificado con ladrillos y cal y, posteriormente, es demolido en 1977, dejando en pie solo el primer claustro y el patio se abre para el uso público.
En 1928 se inaugura el carillón de 25 campanas de bronce, proveniente de Hannover.
La fachada presenta los colores propios del escudo mercedario. De carácter neoclásico, en el cual predomina el estilo dórico con algunos ornamentos propios del barroco, incorporados posteriormente.
