La pianta esterna, escluso l'altare, è un quadrato simmetrico sia in lunghezza che in larghezza, con una struttura che ricorda la pianta a croce latina ma con somiglianza alla croce greca. L'aula centrale quadrata termina su una copertura circolare schiacciata.

L'altare è sovrastato da una copertura a botte con due spicchi di vela. Il pavimento è marmette. Vi sono due confessionali in legno intagliato con colonnine tortili e capitelli floreali e la scritta in rilievo: Erit solutum et in coelis.

L'altare maggiore è in marmi policromati e tiene una grande tela mistilinea di Pietro Ligari con la Madonna con Bambino tra S. Agostino, un soldato, un putto e S. Tommaso ed è datata 1742. Sopra la tela vi è la serliana in vetro policromato con la croce centrale e ai lati S. Agostino e s. Tommaso. Ai lati dell'altare maggiore vi sono altre due tele di Pietro Lgari: una con L'annunciazione della gravidanza di S. Anna e l'altra rappresentata la nascita di Maria. Sulla volta dell'altare c'è un affresco con S. Agostino e S. Tommaso.