L’edificio, affacciato sull’antistante sagrato, è caratterizzato da un fronte con un portale maggiore centrale e due minori laterali, nell’ordine inferiore e una lunetta raffigurante Sant’Ambrogio, nell’ordine superiore. La facciata si conclude alla sommità con un timpano triangolare. All’interno lo spazio si articola in un’unica aula voltata a botte unghiata. Sulla controfacciata, sopra il portale centrale, è collocato l’organo.
XVI – Una prima menzione di una chiesa dedicata a Sant’Ambrogio a Vignate risale al 1209, in un atto rogato a Milano presso il Monastero Maggiore. Tra la fine del XVI e l’inizio del XVII secolo la chiesa fu praticamente ricostruita a partire dalle strutture preesistenti, recependo le indicazioni delle visite pastorali che si susseguirono tra la fine del XV e per tutto il XVI secolo. Dagli atti di queste visite si apprende che la chiesa eretta alla fine del XVI secolo mantenne inalterata la larghezza della costruzione precedente ma fu innalzata e allungata quasi del doppio. In questa occasione anche il presbiterio fu modificato e ampliato in forma ottogonale invece che semicircolare. Furono inoltre costruite a metà dell’aula, due cappelle contrapposte e, a sinistra dell’ingresso, la cappella battesimale. Dell’edificio originario si conservarono solo parte dei muri perimetrali, un Crocifisso cinquecentesco e due acquasantiere in marmo.
1827 – Negli anni 1827-1828 la chiesa fu interessata da lavori di ampliamento e restauro conservativo voluti dal parroco don Luigi Gatti. In questa occasione l’edificio fu innalzato, si costruì una seconda sacrestia attigua alla parete meridionale dell’abside e si ricavarono ulteriori ambienti unendo le cappelle laterali.
1841 – Nel 1841 fu benedetto il nuovo altare maggiore realizzato in forme neoclassiche su disegno dell’architetto Pietro Pestagalli per sostituire il precedente altare barocco, di cui si conservarono solo i due angeli lignei dipinti di bianco. I lavori furono affidati alla ditta Bottinelli di Milano.
1866 – Per motivi di sicurezza nel 1866 fu demolito il pronao anteposto all’ingresso della parrocchiale e restaurata la facciata.
1902 – Nel 1902, su iniziativa dell’allora parroco don Ambrogio Sala, si diede avvio ai lavori di decorazione interna della chiesa. I lavori furono progettati da don Enrico Locatelli, parroco di Vergiate e affidati al professor Merighi dell’Accademia di Belle Arti di Bologna e ai suoi aiutanti. In questa occasione furono realizzati affreschi su tutte le pareti interne, sul catino absidale e la volta della navata.
1911 – Nel 1911 su progetto di don Enrico Locatelli si diede avvio ai lavori di ristrutturazione della facciata. Il pittore Romeo Rivetta dipinse l’affresco raffigurante Sant’Ambrogio che scaccia l’imperatore Teodosio e le sculture e i bassorilievi furono realizzati dalla ditta Pruvini e Secchi di Milano.
1920 – Nel 1920 fu restaurato ed innalzato il campanile che raggiunse le attuali dimensioni (il doppio dell’altezza originaria) su progetto dell’ingegnere Ambrogio Locatelli.
1931 – Negli anni Trenta del Novecento la chiesa fu oggetto di una serie di interventi di manutenzione e restauro: fu riparato il tetto, fu rifatto il pavimento della navata, dell’altare maggiore, del coro e delle cappelle laterali.
1951 – All’inizio degli anni Cinquanta si resero necessari ulteriori lavori di manutenzione al tetto e furono restaurati i quadri della Via Crucis. In questi anni si diede inoltre avvio ad una nuova campagna di lavori per la decorazione interna, affidata a Giacomo Coppino, pittore della Scuola d’Arte Beato Angelico di Milano.
1970 – Nel corso degli anni Settanta la chiesa subì ulteriori interventi per l’adeguamento alle nuove norme liturgiche stabilite dal Concilio Vaticano II. In questa occasione fu rinnovato anche l’impianto di illuminazione e di riscaldamento.