La chiesa, sebbene sia stata costruita nello spazio di ben centodue anni sotto la direzione di architetti diversi, appare nell’insieme improntata ad un senso di unità stilistica.

La navata centrale, larga circa 13,80 metri e lunga circa 56,40, è opera del Peruzzi fino alla quarta cappella; al Mascherino spetta la parte restante fino ai pilastroni anteriori che reggono la cupola, mentre il resto è del Peperello, con l’intervento di Simone Brogli nella cupola.

La navata di crocera, lunga 30 metri e larga 10,30, termina restringendosi in linee convergenti per creare una prospettiva illusionistica.

Le decorazioni del soffitto e della cupola sono un accurato lavoro di Cesare Gabrini (1894). Nel mezzo della volta Cesare Caroselli affrescò La Vergine del Carmelo che dona lo Scapolare a S. Simone Stock e Benedetto XIII circondato da Angeli, nonché i due riquadri minori: il Sol Iustitiae  e la Stella Mattutina (rispettivamente il primo e il terzo riquadro del soffitto).

Entrando nella chiesa, si possono notare due lapidi, una a sinistra e l’altra a destra del portale centrale: quella di sinistra ricorda i lavori di decorazione del soffitto e della cupola e quella di destra le benemerenze di Papa Benedetto XIII verso l’Ordine Carmelitano e verso la Traspontina.

I pilastri furono rivestiti di marmo giallo nel 1895, mentre il pavimento marmoreo risale al 1873.