L'església, bastida en pedra, és d'una sola nau de quatre trams, amb absis poligonal i capelles entre contraforts, i cor elevat al peus. A cada costat de l'absis hi ha una sagristia poligonal, cosa que fa que la capçalera sigui exteriorment recta. La coberta de la nau és de creueria amb tercelets que recolza en pilastres clàssiques; la de les capelles laterals és de creueria simple. La façana, barroca, és centrada per la porta d'arc de mig punt amb cassetons, que descansa sobre muntants de motllura fina, i és flanquejada per esvelts estípits sobre basaments: als carcanyols hi ha sengles àngels amb els atributs de Sant Llorenç (la graella i la corona de llorer). Un entaulament de motlluració complexa i ornamentació té al centre l'escut de Vilalba i al damunt un altre cos similar a l'inferior però més petit. El campanar, a l'angle nord-oest, consta de quatre cossos, amb pilastres corínties.