Se colocó la primera piedra el 1 de mayo de 1642 y se dedicó solemnemente el 6 de diciembre de 1706. La fachada de la iglesia de San Agustín es sencilla, en contraste con su interior. Sobre la puerta de entrada hay un enorme crucifijo labrado en piedra conocido como "El Cristo de Guevara". Sus dos torres barrocas con influencia morisca son cuadrangulares, de un solo cuerpo con 2 ventanales de arco en cada costado y 3 columnas endosadas. En cada columna se encuentra una estatua: los doce apóstoles en la torre izquierda (oriente) y doce santos agustinos en la torre derecha (poniente). Las torres están rematadas por cuerpos piramidales de ladrillo y azulejo.
La cúpula es una media naranja dividida en 8 gajos y revestida de azulejos de talavera con dibujos en forma líneas en movimiento. La liternilla culmina en una cruz de hierro labrado. Su base octagonal tiene 4 ventanales rectangulares y 4 ovalados y en los ángulos que forman las columnas hay almenas torneadas en forma de testeros.
La iglesia tiene planta en cruz latina. La nave está cubierta con bóvedas de arista y el ábside con bóveda de lunetos. Al centro, arcos de medio punto sostienen la cúpula octagonal que en las pechinas tiene pinturas de cuatro Padres de la Iglesia. Lo más meritorio y admirable de la iglesia son los 11 retablos que cubren la nave y los cruceros. Originalmente existió un retablo en el altar mayor, dedicado a San Juan de Sahagún, en el que su vida se contaba en 17 bultos y 8 escenas de altorrelieve. Fue sustituido por el actual neoclásico en 1836.
Los dos retablos de los cruceros, que son los más fastuosos, fueron encargados al artista don Pedro José de Roxas de la ciudad de Querétaro. El contrato fue firmado el 4 de mayo de 1768. Son de estilo churrigueresco. El retablo de Santa Ana se encuentra en el crucero izquierdo (oriente) y el de San José al poniente. Ambos retablos son muy parecidos y solo se diferencían en detalles, pues la composición y distribución son muy similares.
El artista Antonio de Exalde Rojas, originario de Valladolid pero radicado en Querétaro, fue contratado para construir el resto de los retablos de estilo barroco. Los trabajos se iniciaron el 7 de enero de 1771.
Los retablos dorados de la nave son diferentes todos ellos. La mayoría tienen esculturas estofadas de bulto o bien relieves policromados. En el sotocoro se encuentra el único retablo que tiene una pintura al óleo representando a las ánimas del purgatorio.
Frente al púlpito, en el retablo de los Santos Agustinos de la orden, el muro se vuelve una encajería o celosía dorada que cubre una tribuna que antes estuvo comunicada al claustro menor por una entrada en la planta alta del mismo. De ahí los frailes podían escuchar misa sin tener que bajar al templo. Estos retablos fueron solemnemente bendecidos el 28 de agosto de 1782.
El púlpito es de madera de caoba labrada y adornada con incrustaciones en marfil y otros materiales y tiene una escalerilla con un pasamanos pintado (siglo XVIII). El comulgatorio está hecho de una aleación de metales llamada tumbaga. La iglesia cuenta además con una enorme sacristía, al centro de la cual se levanta una pequeña cúpula con linternilla y 4 ventanas barrocas. En sus pechinas tiene pinturas de los cuatro evangelistas. En esta sacristía se encuentra una pinacoteca virreinal con pinturas de gran mérito artístico.
En la sacristía también se encuentra la "sala de profundis", que era el cementerio de los frailes, por lo que la puerta tiene un marco de cantera ornamentado con calaveras y canillas en relieve.
La mesa de la sacristía es de forma octagonal y está sostenida por 8 patas recubiertas individualmente por un frontal, cuyos lados forman una cadena.
Lleva al centro una hoja de acanto. Ahí se guardan los misales. Sobre la mesa un simborrio de tres cuerpos. Su base es octagonal con una hoja de acanto en las aristas que sirve de puerta a un guardacáliz. Hay cajoncillos para corporales, purificadores, parvapalias y manutergios, todo en filigrana pintada de negro. Sigue un birrete doctoral y sobre él un gran tibor en forma de corazón, cuya superficie es una pequeña pinacoteca. Representa a la Santísima Trinidad, el cordero sobre el libro apocalíptico de los 7 sellos y entre ambos cuadros, las ternas de los apóstoles colocados de dos en dos. Son en total 14 miniaturas enmarcadas por 8 corazones.
La obra está rematada por una mitra que con el birrete y el tibor-corazón son símbolos agustinianos.
Estas tres magnificas obras de arte oriental (la mesa, el púlpito y el comulgatorio) fueron traídas de Filipinas entre 1750 y 1757 en el famoso Galeón de Manila. En la sacristía también hay una cajonera de madera labrada de 15 metros de longitud que se integra por 33 cajones para guardar ornamentos y enseres litúrgicos.
