Ban đầu, nhà thờ chỉ có phần chính giữa và tháp chuông. Đến năm 1930 được xây dựng thêm 2 bên cánh của tháp chuông và mở rộng thêm các công trình phụ.

Nhà thờ nằm trên một gò đất cao, có diện tích hơn 6.000m2. Hiện tại, kiến trúc nhà thờ vẫn giữ nét nguyên vẹn như ban đầu.

Mặt tiền nhà thờ với tháp chuông cao 15m, ở các góc mái của mặt trước có 4 tháp nhỏ đặt tượng thánh cùng những phù điêu đắp nổi mang nét đặc trưng của kiến trúc Gothich. 

Phía trước mặt tiền có cửa chính và 2 cửa phụ để ra vào. Bên trong giáo đường có diện tích khoảng 800m2, với những mái vòm uốn cong, tường xây cao và nhiều cửa. 

Vòm trần nhà thờ có hình nhiều quả trám chụm lại, tạo cảm giác thánh đường rộng và cao. Ở hai bên thánh đường là các hàng cột kiểu vòm cung, thiết kế đối xứng nhau.

Ở giữa các mái vòm là các ô cửa kính trắng khắc họa hình ảnh kể lại từng chặng đường khổ nạn mà Chúa Giesu đã trải qua. Nhà thờ có khoảng sân rộng rãi, là nơi để giáo dân và khách đến tham quan, đi lễ.

Một số hình ảnh của nhà thờ Thủ Đức do PV báo Nhà báo & Công luận ghi nhận:

Quế Sơn