Architektura Kościół jest dziełem późnego baroku dawnej Rzeczypospolitej. Zbudowany został jako budowla centralna o planie zbliżonym do koła wpisanego w obrys krzyża greckiego o krótkich ramionach. Bryłę kościoła pokrywa duża ośmioboczna kopuła, zwieńczona smukłą latarnią, dzieło Jana Krzysztofa Glaubitza; była to jedna z jego pierwszych prac wykonanych w Wilnie. Na gzymsie wspierającym bęben kopuły jest żelazna, pozłacana balustrada o fantazyjnie powyginanych liniach.
Świątynia została bogato ornamentowana w stylu rokoko; z eleganckimi, lekkimi fasadami na zakończeniach ramion krzyża. Fasady są zdobne w pilastry, gzymsy i wnęki; zwieńczone wolutowymi szczytami. Przed wejściem do kościoła została po 1865 dobudowana kruchta, przypominająca kształtem sam kościół w miniaturze. W ciągu zabudowy kościelno-klasztornej, na wschód od kościoła, była wzniesiona wysmukła wieża-dzwonnica. Przed przebudową na cerkiew jej szczyt zdobiło wielkie serce z pozłacanego brązu.