La chiesa sorge nel quartiere di Marina, con ingresso principale su via Baylle e secondario, tramite la sacrestia, su largo Carlo Felice. L’edificio è eretta tra il 1577 e il 1580 grazie ai finanziamenti di re Filippo II di Spagna, che nello stesso periodo si occupava del rinnovamento del sistema murario della città.
La facciata interamente intonacata ha forme semplici, con terminale piatto e finestrone quadrangolare che sovrasta il grande portale inquadrato da paraste con alto fregio decorato.
L’interno presenta elementi tipici dell’architettura rinascimentale: i quattro bracci dell’impianto a croce greca sono voltati a botte su cornice dentellata, mentre la volta del presbiterio è decorata a cassettoni e rosette. Nel tempio è presente anche cripta, che ha conservato le spoglie del santo dal 504 al 722.
Il presbiterio ospita l’altare maggiore settecentesco, realizzato dal cagliaritano Giuliano Podda; realizzato in stile barocco con legni policromi che imitano il marmo e dorature. L’altare maggiore accoglie alcune sculture in cartapesta e alla Madonna del Soccorso. All’interno della chiesa è presente la pregevole scultura in estofado de oro di Sant’Agostino, risalente al XVI secolo.
Inoltre nel presbiterio era collocato il retablo di Sant’Agostino, rimaneggiato e trasferito nel ‘700 nel transetto sinistro e gravemente danneggiato durante i bombardamenti del 1943. L’architettura lignea del retablo, in stile tardo manierista, incornicia le grandi tele dedicate a Santa Caterina d’Alessandria e San Giovanni Battista; mentre nelle vele sono rappresentati l’Annunciata e l’Angelo annunciante.
