L’edificio correttamente orientato, si erige nel centro di Cinisello, vi è anteposto un sagrato di ampie dimensioni direttamente collegato con l’estesa piazza Gramsci, attraverso ampi gradoni posti lungo il lato settentrionale e in parte lungo la facciata principale nella loro estensione corrispondente alla navata nord.
Tutta l’area lungo la facciata principale altro non è che un’ampia rampa che mette in comunicazione la piazza principale della città, completamente pedonale, con l’edificio religioso.
Il lato est dell’edificio è invece delimitato dalla via Libertà, l’antica via di comunicazione che collegava da sud a nord i borghi di Balsamo con Cinisello nella direzione di Desio, e che passa tangente alla zona absidale dello storico edificio.
Il lato sud del sagrato è delimitato dalla lapide commemorativa ad edicola dedicata ai caduti cinisellesi del primo conflitto mondiale.
Venne inaugurata il 25 marzo 1923 da mons. Rossi in sostituzione dell’arcivescovo. In prossimità dell’angolo sud – ovest del sagrato è collocata la croce stazionale, sistemata su di un basamento in pietra a cui è apposta una colonna dorica che è sormontata da una croce in ferro.
Questa venne fatta erigere dal parroco Gio. Batta Griffanti verso la fine del 1600, all’interno dell’antico cimitero di Cinisello che sorgeva dove ora si trova il sagrato.
La facciata principale in puro stile barocco è costituita da un doppio ordine, il primo composto da quattro lesene con capitelli dorici e una imponente trabeazione centrale che ne strutturano la superficie.
Agli estremi del primo ordine, al disopra della trabeazione sono collocate le statue dei santi Carlo e Ambrogio.
Il secondo ordine, raccordato al primo attraverso due volute, corrisponde alla navata centrale ed è composto da due lesene e due semicolonne con capitelli ionici fioriti che tripartiscono la superficie.
Nelle due specchiature laterali sono contenuti i medaglioni in cui in rilievo sono rappresentati i simboli arcivescovili: mitria, pastorale e croce patriarcale o arcivescovile, mentre nella superficie centrale all’interno di una nicchia ad arco con cornice, è conservato un dipinto murale in cui è rappresentata la Croce tra due angeli, quello di destra con mantello rosso e palma ad indicare i simboli del martirio; al di sopra si erige una monumentale trabeazione dove agli estremi sono collocate le statue degli Apostoli Paolo e Pietro, e al centro è dipinta la scritta D.O.M..
La facciata si conclude con un frontone con cornice a volute e al cui centro è collocato un medaglione mistilineo in cui è racchiusa la rappresentazione in rilievo di una raggiera che contiene il triangolo con occhio. La sommità del frontone, delimitata da una cimasa dalle linee sinuose, è ornata da due angeli con al centro una grande croce in ferro.
Ai lati del frontone sono collocati due grossi vasi.
La facciata ripropone inoltre la scansione delle navate che trovano corrispondenza nei tre ingressi rettangolari contornati da cornici in pietra naturale e nella tripartizione verticale sottolineata dalle semicolonne che inquadrano il portone centrale, architravato e sormontato dall’effige a rilievo di Sant’Ambrogio Vescovo contenuto nel timpano curvo spezzato e mistilineo, affiancato da due angeli.
La chiesa ha un impianto basilicale a tre navate divise in cinque campate con volta a botte unghiata, di stampo neoclassico; sono annessi sul lato settentrionale l’area dedicata al battistero e a sud uno spazio architettonico che la mette in diretta comunicazione con la casa dei sacerdoti e gli uffici parrocchiali.
L’altare maggiore occupa il centro del presbiterio, sul fondo delle navate minori sono collocati due altari minori.
Il campanile eretto nel 1792, è inglobato nella struttura architettonica dell’edificio e si erige nell’angolo settentrionale all’incrocio tra la navata e l’area absidale, stilisticamente crea un continuum con l’edificio sacro.