La chiesa e l’annesso convento dei carmelitani sono considerati la massima espressione del rococò in Sardegna, un unicum per l’isola. Progettati dell’architetto piemontese Giuseppe Viana, furono realizzati tra il 1776 e il 1785. I frati abitarono il convento sino al 1866, dopodiché gli spazi furono adattati per ospitare il comando dell’Arma dei Carabinieri e poi, di recente, l’Università.
La facciata in conci squadrati di pietra arenaria è suddivisa in specchi da lisce lesene con capitelli ionici. Nello specchio centrale si apre il portale con timpano spezzato che accoglie lo stemma della casata di don Damiano Nurra; il marchese d’Arcais con le sue donazioni permise la costruzione del tempio. Il portale è sovrastato dall’ampio finestrone reniforme che si apre nell’ordine superiore.
Ancor più del prospetto, l’interno, mononavato con cappelle laterali e abside con cupola ellittica, è caratterizzato dall’ampio utilizzo di decorazioni rococò: il gioco di luci creato dalle aperture della cupola e i colori dell’azzurrino e del giallo ocra fanno emergere gli ornamenti in stucco, i ricchi altari marmorei e le tribune in ferro battuto che si affacciano sull’aula.