Entre 1868 y 1882 la fachada fue reformada por el arquitecto franciscano Luis Giorgi. De influencia italiana, despliega una fina ornamentación de guirnaldas, flores, inscripciones, escudos y ventanas cegadas. Cada uno de los tres arcos de entrada, enmarcados por dobles columnas jónicas, luce una cortina de estuco de drapeado escenográfico, que disimula la diferencia de altura de los arcos exteriores e interiores. En el segundo orden las columnas de los arcos tienen capiteles corintios. En la cima de la fachada en el ático central puede verse el escudo franciscano que representa el brazo izquierdo de San Francisco, cruzado con el brazo derecho de Jesús, ambos con el estigma de la Pasión, la llaga producida por el clavo con que se sujetó a Jesús en la Cruz.

En la plazoleta frente a la fachada se halla el monumento a San Francisco de Asís, erigido en 1926, obra del escultor italiano Tonini.

La magnífica torre de campanario, de 54 m de altura, construida en 1877 por el suizo Francisco Righetti sobre un proyecto del alemán José Enrique Teodoro Rauch, está dividida en cuatro cuerpos superpuestos cuya base cuadrada se va reduciendo hacia arriba y cuyas columnas son respectivamente de orden dórico, jónico, corintio y compuesto. Cada cuerpo tiene una balaustrada perimetral con jarrones a modo de pináculos en las esquinas.

La Iglesia preserva la primera campana de la torre, la llamada "Campana de la Patria", fundida con el bronce de los cañones de la Batalla de Salta, en la cual el Ejército del Norte al mando del Gral. Manuel Belgrano derrotó a las tropas españolas en el año 1813.

La nave única está cubierta por una bóveda de cañón. Sobre el crucero se levanta la cúpula central sobre pechinas y tambor, que data del siglo XVIII y es considerada como la “hermana menor” de la famosa Catedral de Córdoba, ambas realizadas por Fray Vicente Muñoz. Una cúpula pequeña con linterna terminal completa su estructura.

La decoración de la cúpula y bóveda son obra del Padre Luis Giorgi manteniendo la unidad estilística con la ornamentación exterior. La planta basilical culmina en un altar mayor rico en mármoles de colores. El retablo adosado al muro terminal, de estilo neorrenacentista, es también obra de Giorgi.

El convento se comenzó a construir junto con la iglesia y sufrió muchas modificaciones a través del tiempo. Su expansión edilicia alrededor del magnífico claustro data de mediados del siglo XVIII.

En las antiguas celdas se encuentra el Museo de arte sacro "Fray Luis Giorgi" que alberga piezas notables, de las que los frailes fueron custodios por años. En las primeras salas pueden verse muebles, instrumentos musicales, platería, objetos litúrgicos e imágenes del siglo XVIII y XIX; obras de arte cuzqueño y de misiones indígenas.

En los arcos de la galería hay murales sobre la vida de San Francisco de Asís, realizados en 1946 por el pintor alemán Francisco Luscher, quien hizo posar a personas relacionadas con el convento para crear a los personajes.

En la segunda parte de la visita se accede al primer piso y a los pasadizos de altura de la iglesia donde se despliega un recorrido histórico y vivencial con artefactos y fotografías antiguas, actas fundacionales, herramientas de los distintos talleres de oficio del convento, objetos de la fábrica de velas y de hostias, elementos de imprenta de La Voz Seráfica (un periódico franciscano), salas con fotografías murales en una instalación que representa las distintas misiones franciscanas que se encuentran a lo largo de la Ruta 34 que lleva a Bolivia. También puede verse el espacio donde se supone que trabajaba el arquitecto y escultor fray Luis Giorgi porque en las paredes hay bocetos de las decoraciones de la basílica.

El convento también alberga una extraordinaria biblioteca y archivo que conserva más de quince mil volúmenes cuidadosamente ordenados por el Padre José Tito Collalunga (1896-1981), quien desde el año 1925 hasta su muerte, se desempeñó como bibliotecario del convento. Muchas son obras muy valiosas, entre ellas un tratado de astronomía del siglo XV proveniente de Venecia. El archivo posee documentos históricos muy importantes.