Su interior, dominado por la cúpula, recuerda a muchos espacios de la misma tendencia artística, basados a su vez en el Panteón de Agripa.

La iglesia de planta central o circular, diseñada por el ingeniero naval Tomás de Tallerie, se construyó en estilo neoclásico, conservando en su interior elementos de la antigua iglesia del siglo XVIII, como el retablo del altar mayor que fue ubicado en la capilla del lado de la Epístola, y el conjunto rococó de la Virgen de las Ánimas en la capilla del lado del Evangelio.

En 1723, el hermano Francisco Irsino trajo desde Nápoles la imagen de la Virgen que reside hoy en la iglesia, que pronto consiguió una gran devoción entre los cartageneros, al punto de que se recurrió a ella en 1789 y 1821, cuando grandes sequías atenazaban los campos.

También se rezó masivamente a la Virgen en un brote de cólera en 1850 (véase «Epidemias de cólera en España»).

La primera iglesia del Hospital terminó de construirse en 1744, dirigida por el arquitecto Pedro Marín y posteriormente por Marcos Evangelios.