L'edificio attuale è frutto di un'integrale ricostruzione in forme rinascimentali avviata nell'ultimo ventennio del XVI secolo e portata a termine nel 1604 a opera del genovese Agostino Carchi e del cagliaritano Francesco Escano, come riportato sull'epigrafe collocata sullo stipite destro dell'arco trionfale. Pur presentando la consueta icnografia sardo-catalana con presbiterio meno ampio delle navate, manifesta nelle belle proporzioni dell'aula che si dilata nelle ampie e luminose cappelle laterali una concezione dello spazio e della luce di sapore ormai classicistico e si impone, così, come una delle più precoci manifestazioni del nuovo stile in ambito provinciale. L'unica navata è voltata a botte ed è ripartita in tre ampie campate da sottarchi a tutto sesto che poggiano su paraste tuscaniche. Su di essa si affacciano tre cappelle per lato, coperte con volte a padiglione lunettato e caratterizzate da una profondità inconsueta che, con le ampie arcate di collegamento, anch'esse a tutto sesto, suggerisce il senso della spazialità e della luminosità di un edificio a tre navate. Il prospetto, più tardo, è caratterizzato dalla tendenza eclettica locale che compone elementi gotici, rinascimentali e barocchi riletti in chiave vernacolare con chiari intenti grafico-planari. Esso, infatti, lega il rosone gotico, ormai privo di ruota, sopraccigliato e ornato da una modanatura a spirale con i portali timpanati di taglio rinascimentale nei quali si concentrano tutti gli elementi decorativi. Quello centrale presenta semicolonne tortili e scanalate affiancate, un fregio a girali e una teoria di palmette stilizzate molto deteriorate per l'azione erosiva degli agenti atmosferici. Nella mezzeria dell'architrave è scolpita la datazione del prospetto interpretabile come 1638 o 1648. I portali laterali sono più semplici e di dimensioni minori: unico elemento decorativo è una testina angelica nel punto mediano della trabeazione. Il paramento lapideo è in tufo, arenaria e vulcanite e presenta una pezzatura più accurata nella parte inferiore. I lavori per la costruzione della torre campanaria iniziarono nel 1752 e si protrassero per circa mezzo secolo. La canna, a pianta quadrata, è realizzata in blocchi ben squadrati di arenaria del Sinis e raggiunge un'altezza complessiva di circa 40 metri. Eseguita senza condizionamenti da elementi preesistenti è, probabilmente, opera di uno dei numerosi ingegneri militari sabaudi in quel momento nell'isola. Imponente e massiccia, presenta un'impostazione ormai classicistica: unici elementi di tradizione barocca sono individuabili nelle decorazioni in pietra vulcanica rossa e nella cupola "a cipolla".