Su fachada es rectangular, está al lado de la Catedral y luce retrocedida respecto a ésta. Es pétrea, sencilla de lejos y labrada de cerca. Se utilizó en su construcción piedra rojiza, bien cortada y pegada. Su portada es impresionante y exhibe en lo alto una ventana rejada de riquísimo extradós. A los lados del pórtico hay dos inscripciones alusivas al “triunfo” de los conquistadores españoles sobre los guerreros de Manco Inca en 1536, lo que atribuyeron a milagro y dio nombre al templo. También en alabastro hay dos grandes placas de notorio trabajo: una reproduce el escudo de España, con sus castillos y leones, la otra el blasón del Obispo y benefactor del recinto fray Bernardo Serrada, religioso carmelita cuyas armas lucen el Monte Carmelo y las estrellas, piezas emblemáticas de su orden. En lo alto de la basílica hay tres nichos exentos: el del centro está vacío, pero en los otros dos estan San Miguel Arcángel venciendo al demonio, y Santiago Apóstol, esta vez a pie, también con espada. El resto de la fachada muestra florones y medallones, cuadrifólias y medalloncillos, todo repartido por frisos, cornisas y almohadillados.
El interior, siempre de piedra, es muy original. Tiene tres naves y tres capillas abiertas por lado, la cúpula está al centro del edificio y el presbiterio añade una capilla más. En el presbiterio esta el altar mayor todo de andesita basáltica con filetes de oro, lo que le brinda un color verde azulado. Es de reminicencias platerescas, tiene dos cuerpos y una calle, su nicho central guarda la Cruz de la Conquista, que tuvo que ver con la defensa española de ese lugar -el Sunturhuasi o casa de las armas- en 1536, emergiendo en la hondacina superior la Virgen de la Descención, terminando el retablo en un cupulín escamado. Los demás altares son renacentistas (el de San José y el de San Juan evangelista, este último remozado), barrocos (como el de la Virgen de Asunta) o neoclásicos como los dos del fondo de las naves laterales. Es notable la imagen de la Asunta. Mientras la Virgen de la Descención mira hacia abajo comprensiva, la Asunta mira hacia lo alto, tiene las manos extendidas y los codos recogidos. Ambas vírgenes tienen vestidos muy ricos.
En materia de pinturas destacan los nueve lienzos de Diego Quispe Tito sobre los Signos del Zodíaco. La serie debió ser doce cuadros , pero, repetimos, sólo quedan nueve, hoy colgados de las pilastras. Son muy coloridos, con muchas luces y sombras, siempre con ciudades flamencas al fondo. Diego Quispe Tito, no cabe la menor duda, es un pintor delicado, selecto. Al centro del recinto está la cripta subterránea que guarda las cenizas del Inca Garcilaso de la Vega; las trajo en 1978 el Rey de España Juan Carlos I. En la parte alta del templo, finalmente, destacan las pinturas de Marco Zapata, las cuales son de crecidas dimensiones y ricas en figuras alegóricas.