El edificio que hoy contemplamos es el fruto de una reforma llevada a cabo entre 1760 y 1764, y encargada al prestigioso arquitecto José Martín, que reconstruyó por completo el templo. Este autor realizó aquí una de sus mejores y más hermosas obras, de gran impronta europea, aprovechando que en este caso tenía la posibilidad de levantar el edificio en un solar regular y despejado.

Hacia el exterior levantó una fachada muy austera, como era su costumbre, en la que respetó la portada plateresca del antiguo hospital. Así quedó trazada una doble portada, quizás también como recuerdo a la existencia de las dos ermitas que en su día compartían el solar. Quizás los elementos más representativos del exterior son las dos torres de la fachada y la cúpula de la linterna, que le otorgan a la iglesia su particular y tan reconocible silueta.

En el interior vemos una iglesia de una sola nave, con un marcado eje longitudinal que se culmina en el baldaquino de la Virgen, logrando así una profunda y llamativa perspectiva. El trazado de las paredes y las capillas, con continuos entrantes y salientes, forma un espacio ondulado, complejo y muy movido. Esta complejidad se acentúa en las bóvedas de la nave, todas ellas de cañón con lunetos y separadas por arcos fajones. En el crucero, sobre pechinas, se levanta una espectacular cúpula elíptica con una linterna que da luz al interior del templo.