La iglesia es de planta octogonal, a la que se le han añadido dos volúmenes rectangulares en la cabecera y en los pies, que sirven, respectivamente, de presbiterio y de coro. Tanto uno como otro están cubiertos por bóveda de cañón con lunetos, siendo una bóveda vaída la cubierta del espacio central. Al estar ricamente decorada con pinturas murales, fingiendo labores de arquitectura, la impresión que da, al mirarla desde abajo, por los efectos de la perspectiva, es la de una elevada cúpula. Así, tras el pretil abalaustrado, aparecen las ventanas rematadas con óvalos, que formarían el tambor, y sobre éste el gran casquete semiesférico compartimentado en gallones. Las pinturas murales . se han resuelto con tonalidades grisaceas para simular juegos de luces y sombras.
Tan sólo por la iglesia y por sus pinturas murales, el convento se ha convertido en una de las piezas fundamentales del arte gaditano del siglo XVII. A ello, hay que unir el conjunto de retablos e imágenes que armonizan perfectamente con el edificio, ofreciendo una de las visiones más sorprendentes de todo el barroco del seiscientos de la provincia. Comenzando por los pies, en el muro de la izquierda, se halla un relieve que ofrece una particular interpretación de la Genealogía terrenal de Cristo o la Santa Parentela.
El retablo siguiente está dedicado a la Virgen con el Niño, con la particularidad, de que la imagen de la Madre de Dios lleva a la cintura la "Correa Agustina". A los lados, Los santos fundadores de las Órdenes religiosas más importantes. A saber, San Agustín, con calavera en la mano, San Francisco de Asís, San Antonio de Padua y Santo Domingo de Guzmán. A lo largo del banco, sobre la mesa de altar, se disponen una serie de relicarios con huesos de diferentes santos. En el siguiente retablo se halla la imagen del Nazareno ambos del siglo XVIII.
El retablo mayor , dedicado, al igual que el monasterio, a la Sagrada Familia, se articula en banco, un cuerpo dividido por columnas salomónicas y ático. En el lado de la epístola se encuentra un retablo de un solo cuerpo dividido en dos vitrinas. En la inferior, una Dolorosa y, sobre ella, San Miguel. A los lados se situan el Ángel de la Guarda y el Arcángel San Gabriel, que al añadirle la espada y el demonio, en fechas más tardía, pasó a representar a San Miguel. Junto a él, Tobías y San Rafael.
El último retablo del lado derecho del templo, es contemporáneo a la construcción de la iglesia. Consta de un solo cuerpo, compartimentado por columnas corintias, y en el que dos Santas Agustinas flanquean la imagen, moderna, de Santa Teresa. En el ático se ha situado un lienzo de San Nicolás de Bari.