К а с ц ё л — помнік архітэктуры барока. Вырашаны паводле канона 3-нефавай крыжова-купальнай базілікі з акруглай апсідай і 2 гранёнымі капліцамі (св. Андрэя і св. Пятра) на бакавых фасадах. Над сяродкрыжжам узведзены 6-гранны светлавы барабан, калісьці накрыты паўсферычным медным купалам з ліхтаром, выкананым італьянскім архітэк-тарам Іосіфам (Джузепе) Брызіо. Галоўны фасад 2-ярусны, расчлянёны па вертыкалі пілястрамі, па гарызанталі — развітым антаблементам. Першы ярус, які займає шырыню 3 нефаў, расчлянёны пілястрамі на 5 частак, бакавыя з якіх вылучаны прамавугольнымі аконнымі праёмамі і круглымі люкарнамі. Уваходны партал завершаны лучковым франтонам. Другі ярус займає шырыню цэнтральнага нефа, крапаваны пілястрамі на 3 часткі, заверша¬ны трохвугольным франтонам з паўкруглай люкарнай па цэнтры. Абодва ярусы кампазіцыйна аб'яднаны бакавымі ўвагнутымі прысценкамі, аздоблены 4 арачнымі экседрамі са скульптурнымі выявамі святых Мікалая, Крыштофа (Хрыстафора), Ігнація Лаёлы, Франца Ксаверыя. Пластыку фасада ўзбагачаюць трохвугольныя сандрыкі, квадратныя плакеткі, бакавыя пінаклі.

Пры пэўным падабенстве да італьянскага прататыпа касцёл мае адметныя рысы: аднолькавая пластычная апрацоўка фасадаў, спрошчаная інтэрпрэтацыя ордэра, наяўнасць бакавых гранёных капліц за межамі базілікі, працяг бакавых нефаў за межы трансепта. Як сведчаць праектныя чарцяжы помніка і гравюра Т.Макоўскага, першапачаткова па баках галоўнага фасада былі зроблены абарончыя цыліндрычныя вежачкі, традыцыйныя для беларускай готыкі, з вітымі ўсходамі на эмпоры (галерэі) у бакавых нефах. Каля 1705 г. эмпоры і вежы былі лік-відаваны.

Унутры цэнтральны неф шырэйшы за бакавыя, перакрыты цыліндрычным скляпеннем з люнетамі, бакавыя — крыжовымі. Распор купала (дыяметр 10 м) прыглушаецца ветразевымі скляпеннямі і падпружнымі аркамі. Прэсбітэрый адмежаваны ад нефа драўлянай разной агароджай. У залу адкрыты бакавыя капліцы. У крыпце — капліца Святога Кры¬жа і родавая пахавальня князёў Радзівілаў.

Інтэр'ер багата дэкарыраваны фрэскамі, якімі пакрыты скляпенні цэнтральнага і бакавых нефаў, прэсбітэрыя, трансепта, нартэкса, бакавых капэл і падкупальнай прасторы. Тэалагічную праграму роспісаў распрацаваў прыдворны ксендз-тэолаг і рэк-тар калегіума (1739—1742) Ян Пашакоўскі. Размалёўкі выкананы ў 1750—53 гг. мастакамі на чале з Ф.К.Д.Гескім у супрацоўніцтве з «будаўнічым» (адпавядае пасадзе прараба) Казімірам Ждановічам (рэстаўрыраваны ў 1900—02). Фрэскавы цыкл складаецца з буйных сцэн алегарычнага зместу, выяў святых і дэкаратыўна-арнаментальных кампазіцый. У прасценках светлавога барабана і на купале ў 2 ярусы выкананы выявы айцоў царквы — святых Аўгусціна, Васіля Вялікага, Яна Златавуста і інш.; на ветразях барабана — выявы евангелістаў з сімваламі; на скляпеннях трансепта адлюстравана ахвяравальнасць зямнога жыцця Хрыста. На консе прэсбітэрыя размешчана фрэска «Трыумф Сакрамента Еўхарысціі». У трансепце — сцэны з жыцця Маці Божай і Хрыста, а таксама са Старога Запавету. На фасадах цэнтральнага і бакавых нефаў шэраг сцэн, прысвечаных каталіцкім таїнствам і старазапаветным сюжэтам. У кампазіцыі фрэсак укампана-ваны картушы з вершаванымі строфамі і спасылкамі на Біблію.

Вялікі алтар, створаны па праекце Маўрыцыо Педэці ў сярэдзіне 18 ст., упрыгожаны карцінай Ф.К.Д.Гескага «Тайная вячэра» (1753). Мармуровыя бакавыя алтары святога Крыжа (створаны ў 1583, у 1586 вывезены з Венецыі, майстры Джыларома Кампана і Чэзарэ Франка), Дзевы Марыі, святых Лаўрэнція, Себасцьяна, Фларыяна, Роха упрыго¬жаны скульптурай. Прэсбітэрый адмежаваны ад нефаў драўляным, разным у стылі барока парапетам.

Над уваходам — хоры з арганам. Першы арган быў пастаўлены ў 1611—1615 гг. на сродкі мясцо-вага шляхціца Андрэя Скарульскага. Парапет хораў пакрыты фрэскавым роспісам з выявамі музычных інструментаў і ракайльным картушам па цэнтры.
У інтэр'еры 4 дошкі-надмагіллі: фундатара кас-цёла М.К.Радзівіла Сіроткі, яго жонкі Альжбеты Эўфеміі Вішнявецкай, яго 2 сыноў — першынца немаўляці Мікалая і Крыштофа Мікалая, выкананыя ў стылі рэнесансу скульптарамі-італьянцамі Касперам Фадыгам, Чэзарэ Франка і інш. На пліце фундатара выкананы яго барэльеф у вопратцы пілігрыма і з посахам у руках; зверху лацінская сентэнцыя: «Перадтварам смерці кожны не рыцар, атолькі ван-дроўнік-пілігрым». У 1905 г. ў касцёле ўстаноўлена мемарыяльная дошка польскаму і беларускаму паэту У.Сыракомлю. Радзівілаўскі катафалк быў выкананы архітэктарам М.Педэці (адлюстраваны разам з інтэр'ерам гравёрам Г.Ляйбовічам у 1750-я гг.). У падлозе прэсбітэрыя ўваход у фамільную крыпту-пахавальню Радзівілаў (70 саркафагаў), у капліцы якой павінна была праводзіцца імша па Радзівілах-нябожчыках.