La chiesa è costituita da un edificio ad impianto quadrangolare che si sviluppa come vano cubico sormontato da una cupola emisferica, racchiusa in un tiburio quadrangolare con copertura a quattro falde inclinate terminante in una lanterna centrale. La facciata principale, esito dei restauri di inizio Novecento, è organizzata su due ordini e realizzata con materiale lapideo artificiale a base cementizia. Inferiormente coppie di lesene di ordine ionico con capitelli arricchiti da ghirlande incorniciano il portale di ingresso architravato con timpano triangolare. L’ordine superiore, più basso e con analoghi motivi ornamentali, incornicia una finestra termale posta centralmente. Il prospetto si conclude con un frontone nella parte centrale, affiancato a due porzioni piane su alto cornicione recante l’iscrizione della dedicazione della chiesa. I fianchi laterali sono caratterizzati da una sobria decorazione a fasce. Sull’angolo sud- ovest si sviluppa il campanile con terminazione a bulbo.
Internamente la chiesa è a unica navata ad impianto quadrangolare con spigoli smussati all’interno, su cui si alzano i quattro arconi di sostegno alla cupola emisferica, raccordata da pennacchi e aperta al centro da una lanterna. Gli arconi sono serrati da paraste ioniche scanalate con capitello dorato, su cui poggia il cornicione con fascia centrale a dentelli. Ai quattro angoli dell’aula si innalzano altrettanti obelischi in marmo nero su alti piedistalli bianchi: al centro i medaglioni in bronzo che raffigurano i quattro fratelli del cardinale Omodei. Nelle arcate laterali si aprono due altari dedicati a san Pietro (a sinistra) e a san Carlo (a destra); mentre quella di fondo accoglie l’altare maggiore e la breve profondità del presbiterio. Il presbiterio di impianto rettangolare, rialzato di due gradini dalla navata e separato da una balaustra lapidea in marmo rosso e nero come nelle cappelle laterali, ha una parete di fondo un tempo collegata con la chiesa interna (claustrale ora non più esistente) di cui rimangono solo due finestrelle per la comunione delle monache. La pala d’altare è costituita da un altorilievo in marmo raffigurante l’Immacolata Concezione, opera di Francesco Somaini, ed è collocata al di sopra di un ciborio sorretto da due angeli bronzei. E’ coperto da una volta a botte lunettata decorata in stucco e conserva ai lati del finestrone tamponato due statue in stucco di santi domenicani: Domenico e Rosa da Lima. Attualmente il presbiterio è separato dall’aula da una iconostasi moderna in legno dorato e decorato che ne occulta la vista.
XIII – L’attuale chiesa di epoca barocca fu costruita nell’area di un antico convento femminile esistito già dall’inizio del Duecento e fondato dalle Agostiniane, divenute poi Domenicane. Tramite degli scavi archeologici condotti negli anni Ottanta del Novecento sono emersi alcuni resti della chiesa conventuale e alcuni affreschi trecenteschi a decorazione dell’abside.
1589 – Vennero intrapresi i lavori di demolizione della piazza antistante l’originaria chiesa per provvedere al rifacimento della stessa. E’ attestata la partecipazione a questa prima fase di demolizione di Vincenzo Seregni ma non è escluso un coinvolgimento suo e di Fabio Mangone nella progettazione della nuova chiesa. Ad ogni modo il progetto della nuova chiesa, per essere approvato dal cardinale Federico Borromeo, non può essere posteriore al 1631.
XVII – Alla fine del Seicento fu costruito il campanile con cupola a bulbo.
1629 – Nel XVII secolo viene intrapreso un intervento di rinnovo e riedificazione della chiesa su progetto probabilmente dell’ingegnere Giovan Battista Pessina, forse sotto la supervisione di Francesco Maria Richini.
1643 – Durante gli anni di ristrutturazione del complesso i documenti registrano i nomi di Carlo Buzzi (1647) e di Giulio Cesare Mangone (soprintendente ai lavori fino al 1643).
1655 – Il 15 giugno 1955 venne firmato il contratto d’appalto per la decorazione della cappella maggiore, firmato da suor Francesca Leonora Omodei, contratto che prevedeva la sovrintendenza del Buzzi. La conclusione dei rifacimenti interni della chiesa, tramite le elargizioni della famiglia Omodeo nella figura del cardinale Luigi Omodeo, avvenne entro il 1669, con la trasformazione della chiesa in mausoleo di famiglia.
1797 – Dopo la soppressione del convento alla fine del XVIII sec., la chiesa venne aperta al pubblico e decurtata del coro claustrale.
1811 – La pala seicentesca dell’altare maggiore, commissionata dal cardinale Omodei a Salvator Rosa, venne trasportata nella chiesa di Notre Dame a Parigi nel 1811 e fu sostituita con un grande altorilievo in marmo raffigurante l’Immacolata Concezione, opera di Francesco Somaini, realizzata nel 1839.
1903 – La facciata principale venne ricostruita su progetto di Cesare Zanetti.
1907 – La chiesa venne consacrata il primo aprile 1907 dal cardinale Andrea Ferrari.
2009 – Opere di restauro delle superfici esterne (chiesa e campanile), ricorsa del manto di copertura e restauro degli stucchi della volta.