Il complesso del Carmine è considerato il capolavoro dell'ingegnere militare piemontese Giuseppe Viana, nonché l'esempio più pregevole e compiuto di Rococò in Sardegna. Allievo di Benedetto Alfieri, il Viana arrivò in Sardegna nel 1771 con incarichi di misuratore militare alle dipendenze degli ufficiali ingegneri piemontesi facenti capo al Corpo Reale di Artiglieria, che tanta parte ebbero non solo nelle fortificazioni ma anche nella costruzione di importanti monumenti architettonici dell'isola. Il progetto per il complesso conventuale dei Carmelitani con la annessa chiesa risale al 1776 ma i lavori furono terminati solo nel 1785. Il progetto valse a Giuseppe Viana, nel 1777, il titolo di Architetto Regio in Sardegna, assegnatogli dal Collegio degli Edili di Torino. Nel 1866 il convento divenne sede del Comando dell'Arma dei Carabinieri e attualmente, dopo un recente restauro, è adibito a luogo di manifestazioni culturali. Sulla facciata del convento si inseriscono, in modo regolare, porte e finestre contornate da semplici cornici. La chiesa, che si innesta ai lati S ed E del complesso, presenta una facciata in arenaria, scandita da lesene lisce e poco rilevate sormontate da capitelli ionici. Al centro, sopra l'ampio portale, sono inseriti una lapide marmorea e lo stemma della casa D'Arcais a cui apparteneva don Damiano Nurra che finanziò l'opera poi donata ai Carmelitani nel 1782. Nella parte alta della facciata una grande finestra reniforme si inserisce, spezzandoli, tra la leggera cornice marcapiano e il timpano, al di sopra del quale un pilastrino barocco supporta una piccola croce. In posizione arretrata rispetto alla facciata si inseriscono la torre campanaria e la cupola, entrambe rivestite da coloratissimi coppi maiolicati. L'interno, ben proporzionato ed armonioso, presenta un'unica navata sulla quale si affacciano quattro identiche cappelle. Nella zona presbiteriale si aprono, illuminandola, le arcate della galleria sopraelevata che circonda l'altare, mentre un alto e luminoso tiburio regge la cupola ellittica, tipicamente rococò.