Là một trong số hiếm công trình sử dụng vật liệu đá granít Biên Hoà, tại mặt tiền cũng như các phần đế và nhất là các cột chính điện. Loại đá này rất cứng nên không có các chi tiết trang trí truyền thống nhưng lại thể hiện ý muốn phô trương sự giàu có.

Nhà thờ có phong cách kiến trúc tân Gothique. Chính điện có vòm chịu lực dạng cung nhọn, cửa sổ có vòm đỉnh nhọn và một số trang trí đặc thù khác.

Tường có cửa sổ nhưng ánh sáng ít vào được bên trong do được sàng lọc. Hậu cung có mộ ông bà Huyện Sỹ (Lê Phát Đạt), tất cả bằng cẩm thạch kể cả tượng hai ông bà đang yên giấc ngàn thu. Huyện Sỹ là người giàu có nhất thời bấy giờ đã bỏ tiền ra xây cất nhà thờ nên là nhà thờ được đặt tên là "Nhà thờ Huyện Sỹ".