La chiesa si presenta senza facciata: a parte la cupola, nulla lascerebbe intuire la presenza, qui, di un edificio religioso. Ciò è sempre stato fonte di dibattito: secondo varie ipotesi, costruire la facciata al tempio avrebbe spezzato la simmetria della piazza.
L'architetto Guarini trasforma l'originaria pianta a croce latina in pianta centrale costituita da un grande spazio ottagonale racchiuso da una forma quadrata.

Da qui, è possibile accedere ad un piccolo presbiterio ellittico trasverso collegato al coro con decorazioni in marmi e ori. Il dinamismo è dato dal giro delle cappelle parietali concepite come indipendenti. Lo spazio assume così un ritmo elastico e rotatorio. Il cornicione è composto da otto superfici curve che si congiungono.
Tutto viene concepito con il numero 4 (gli elementi) e soprattutto con il numero 8, che, per Guarini indicava l'ottavo giorno, quello dedicato all'infinito.
L'edificio trova particolare sfogo in altezza, nei quattro grandi pennacchi, nella cupola e nella lanterna. La calotta della cupola è sostenuta dalle colonne delle serliane, é illuminata da otto finestroni ellittici ed attraversata da un sistema di nervature che formano una stella a otto punte (ripresa dall'architettura islamica) e al cui centro vi è un ottagono regolare.
Di particolare valore è l'altare maggiore, risalente al 1680, uno dei più importanti dell'Italia settentrionale per il suo stile innovativo: proprio dietro questo altare, il Guarini celebrerà la messa di consacrazione della chiesa.
Le colonne e i marmi policromi, infine, danno un particolare colore a tutto l'interno.
Grazie alle ridotte dimensioni, è particolarmente apprezzata per la sua atmosfera intima e raccolta

(fonte: www.sanlorenzo.torino.it)