Con este fin se confió el diseño y la dirección de las obras al arquitecto de origen vasco-francés Pierre Etcheverry (Pedro Etcheverry dado que se afincó en Argentina), quien concluyó el edificio con el aspecto actual.

Su pórtico hexástilo y su interior neoclásico, sus torres italianizantes combinadas con cúpulas y campanarios bizantinos El nuevo templo fue consagrado el 19 de febrero de 1856, contando con la bendición del vicario Fray Mamerto Esquiú.

El edificio posee una planta basilical en cruz latina con una amplia nave techada a dos aguas y, a los costados frontales, dos altas torres de cinco planos o pisos incluyendo las cúpulas (aunque exteriormente solo aparecen tres), cada una de las torres flanquea simétricamente al amplio pórtico y nártex.

Las dos torres están coronadas por sendas cúpulas rojizas bulbiformes de estilo rococó (aunque comúnmente se les dice de "estilo ruso") las dos cápulas se encuentran culminadas parejamente en sendos orbes, en ellas las importantes campanas de bronce son anteriores al actual edificio ya que fueron fundidas en Chuquisaca en tiempos del dominio español en esa provincia altoperuana.

En la torre ubicada a la izquierda se encuentra un antiguo reloj mural que perteneció al Cabildo de Tucumán.