El proyecto de la iglesia de la Recoleta Domínica fue realizado por el arquitecto italiano Eusebio Chelli, que también realizó participaciones importantes en otros proyectos arquitectónicos en la ciudad de Santiago. El templo tiene una semejanza con la iglesia de San Pablo Extramuros en Roma, ya que Chelli participó también en la proyección de esa obra. Es una de las iglesias más suntuosas de Santiago, por los materiales utilizados y las proporciones de sus espacios interiores.

La estructura general es de albañilería con cal. El pórtico de entrada de la iglesia está proyectado en estilo clásico. Se conforma por ocho columnas de mármol de Carrara de estilo corintio, semejantes a las interiores, apoyadas sobre pedestales, que sostienen un frontón triangular.

Las puertas de entrada de roble americano completamente talladas por el escultor chileno José Miguel Blanco, rematan en un dintel que sostiene un arco de medio punto completamente adornado. A ambos lados se encuentran pequeños paneles moldurados decorados con festones decorativos y ornamentación con motivos orgánicos.

El interior está organizado de acuerdo a una planta basilical de tres naves adinteladas, la central más alta que las laterales, y que termina en un ábside donde se encuentra el altar mayor. Las naves se encuentran separadas por una serie de columnas que rematan en arcos de medio punto. En la diferencia espacial existente entre la nave central y las laterales se pueden apreciar ventanales rematados en arcos de medio punto que recorren toda la extensión de la nave, dándole la iluminación natural que ésta posee. En la unión de la nave central con el ábside, se encuentra la gran cúpula dodecagonal de pino oregón con linterna.