Kościół należy do najpiękniejszych w Polsce budowli późno renesansowych, zaliczonych do zabytków grupy „O”. Szczególnie interesująca jest jego szeroka fasada, nosząca charakter pałacowy, zbudowaną z białego, a przetykana czarnym dębnickim – wapieniem, ciekawe architektonicznie rozwiązana. Składa się z trzech części, z których boczne przechodzą w wysokie wieże. W ślepych wnękach okiennych umieszczone są posągi świętych.
Godna obejrzenia jest kompozycja wnętrza: jest ono jednonawowe, nakryte sklepieniem kolebkowym, ale wskutek symetrycznego rozmieszczenia po obu stronach nawy kaplic, wydaje się, że mamy do czynienia z kościołem trzynawowym. Czarno-białe kolory powtarzają się w większości fragmentów wyposażenia kościoła. Wprost z prezbiterium, dwoje schodów prowadzi do zimowego oratorium, a także do katakumb, w których chowa się zmarłych zakonników; na murze znajduje się szereg imion bez nazwisk (tak każe reguła zakonna) i dat śmierci.
Kościół posiada wiele cennych zabytków sztuki, przede wszystkim obrazy słynnego malarza, Tomasza Dolabelli. Dolabella był Włochem z pochodzenia, ożenił się z Polką, spolszczył się, a nawet wstąpił do krakowskiego cechu malarzy i został nadwornym malarzem króla Zygmunta III Wazy. Obrazy jego wyróżniają się żywym kolorem i piękną kompozycją scen figuralnych. Wiele obrazów Dolabelli znajduje się w kaplicy królewskiej św. Benedykta (czwarta po lewej od wejścia), fundowanej przez Władysława IV i Jana Kazimierza, odznaczającej się bogato złoconą sztukaterią. Obrazami z życia św. Romualda i pustelników udekorował, też Dolabella przeciwległą kaplicę, fundowaną przez bogatego mieszczanina krakowskiego, Rafała Delpace. Niepoślednią pod względem artystycznym jest kaplica Lubomirskich (pod prawą wieżą), którą w 1642 r. fundował syn Sebastiana, wojewoda krakowski Stanisław Lubomirski. Nieznany twórca wymalował tu w ołtarzu obraz męczeństwa św. Sebastiana, uchodzący za znakomite studium nagiego ciała. Barokową płaskorzeźbę gipsową wykonał Jan Succatori, lub Baptista Falconi. Podobnie: piękną sztukaterię posiada przeciwległa kaplica św. Krzyża (Czartoryskich). Fundatorzy innych kaplic nie są znani; są one późniejsze (rokoko) i o mniejszej nieco wartości artystycznej. Cenny natomiast jest portret Wolskiego, wykonany około 1625 r. przez jego przyjaciela, zakonnika O. Wennantego oraz jego płaskorzeźbiony pomnik nad głównym wejściem.
Przy dziedzińcu kościelnym po prawej (pd.) jego stronie, stoi piętrowy budynek, który od początku XIX w. (X. Paweł Woronicz) służył biskupom krakowskim za letnie mieszkanie. Obecnie znajduje się w nim interesujące muzeum klasztorne.