La santa, al centro della composizione, si presenta inginocchiata mentre tiene nella mano destra un piatto su cui sono posti gli occhi, suo attributo iconografico, e nella sinistra la palma del martirio. Tutt'intorno un insieme di angeli e di putti, di cui uno sulla destra del dipinto, in basso, tiene in mano un pugnale, strumento del martirio della santa. Sulla destra in alto vi è raffigurato un vescovo con mitria e pastorale, con in mano le te sfere d'oro, attributo di san Nicola. Si avverte nella composizione l'impronta del classicismo bolognese propria dei Carracci soprattutto per il tono di intima devozione che pervade il dipinto, costruito su un luminismo morbido dai toni caldi. Il volto stesso della santa, che rivolge gli occhi al cielo, si caratterizza per una dolcezza attonita