Costruzione neoclassica. La pianta è a croce latina, la muratura della facciata è in mattoni a vista con conci d'angolo in pietra, mentre i fianchi sono di tozzotti di pietra con conci rompitratto in cotto. Una gradinata porta ai tre portali d'ingresso. Sul portale principale si trova una lapide di marmo. Ogni portale è sovrastato da una lunetta. I due fronti laterali terminano con un cornicione in cotto, mentre quello centrale è arricchito da un arco a tutto sesto con due stemmi laterali in pietra raffiguranti l'uno lo stemma dei Malatesta, l'altro quello di Verucchio; e un timpano con semplice decorazione in cotto. A sinistra si trova il campanile con una piccola apertura sovrastata da una lapide e leggera decorazione in cotto. La cupola della sommità è a pianta ottagonale. La chiesa ha tre navate e 9 altari. Il soffitto è costituito da una volta. Capitelli compositi su lesene murate sostengono una ricca trabeazione che corre lungo tutto il perimetro dell'edificio. La cantoria è a struttura lignea. Nel transetto si trovano due medaglioni in rilievo, uno a sinistra dedicato ai Malatesta di Verucchio e l'altro a Sigismondo Pandolfo Malatesta. Al centro si trova un crocifisso in tavola della scuola Riminese del Trecento. Sull'altare maggiore è raffigurato S. Martino a cavallo attribuito al Centino (+1654) Nella sacrestia si trova una lapide della fondazione dell'antica chiesa datata 1320