Dzięki dominującej wypukłej kopule i szerokiej, wklęsłej fasadzie pierwsze z tych założeń jest najbardziej dominujące w widoku fasady (podobnie jak w uniwersyteckim kościele Sant’Ivo alla Sapienza, zbudowanym przez Borrominiego mniej więcej w tym samym czasie).
Pomimo swego wklęsłego kształtu fasada kościoła Sant’Agnese wykazuje pewne podobieństwo do frontonu bazyliki św. Piotra na Watykanie: jednopiętrowa konstrukcja przedzielona kolumnami i zwieńczona attyką, fasada umieszczona z przodu świątyni i dwie dzwonnice boczne (zaprojektowane również w bazylice św. Piotra, ale nie zrealizowane). Różni je natomiast bezpośredni widok kopuły w przypadku Sant’Agnese, czego nie udało się Madernie osiągnąć w bazylice św. Piotra.
Wnętrze Kościół zbudowany został na planie krzyża greckiego, z dużą nawą w formie ośmiokąta, na którego głównych osiach znajdują się: przedsionek (od wschodu), apsyda (od zachodu) oraz kaplice boczne: św. Agnieszki (od północy) i św. Sebastiana (od południa). W narożnikach ośmiokąta umieszczono kolumny i pilastry wspierające bęben z kopułą. Na osiach przekątnych natomiast umieszczono wnęki ołtarzowe.