Tiene unas medidas de 53 metros de larga por 10,50 de ancha, en la nave principal. Las medidas del crucero son 28,80 metros de largo por 10,30 de ancho. La planta es una perfecta cruz latina. Toda ella es de correcta sillería de granito pardo, menos la bóveda, que desde la cornisa es una especie de piedra roja y jaspeada de bellísimo aspecto, cuya cantera no debió estar lejos de Ávila.

Solamente el crucero, de la cornisa hacia abajo, no es de mampostería. La razón de esto fue porque se cubrían las paredes con magníficos tapices de Flandes.

Las bóvedas de la iglesia son del gótico terciario. Tienen muchos pliegues entrantes y salientes, recibidos o cubiertos por trozos de arcos. Es preciosa la bóveda del crucero formada por las cuatro columnas semejando ramas de palmera, como dando cobijo al sepulcro del Príncipe Don Juan.

Las columnas de la iglesia son fasciculadas con corbatín. Los componentes parecen simular cañas. El piso primitivo de la nave estaba enlosado. El actual es de 1929.

El altar mayor está situado en alto, para que desde el coro pudiera verse la mesa del altar. En un principio la subida se hacía por la gran escalinata que arrancaba desde donde hoy se encuentra la tumba del Príncipe Juan. La entrada a la iglesia estaba situada junto a la actual capilla de San José. Una vez sepultado el Príncipe, fue anulada la escalinata central.

El coro

Según se entra destaca la amplitud y su magnífica sillería de nogal. Cuarenta y cinco sillas en la parte superior y treinta y cuatro en la parte inferior configuran toda su estructura. Cuenta, además, con los dos sitiales de los Reyes Católicos. Fue su autor Martín Sánchez de Valladolid, el mismo que realizó la sillería de la Cartuja de Miraflores en Burgos.

Es de estilo gótico flamígero. Todos los tableros de los respaldos están cubiertos de trazados geométricos de compás propios del estilo gótico, y de figuras de plantas y animales fantásticos, pero con tal variedad, que no hay dos iguales. También aparecen en profusión el yugo y las flechas. En las sillas centrales de los tres paños altos y en las de los Reyes está el escudo de los Reyes Católicos. Falta hoy del coro el facistol que sostenía los grandes corales para uso del canto litúrgico, así como el órgano de tubos que tuvo en la antigüedad.

Retablo

Es una de las joyas de esta iglesia, obra maestra de Pedro Berruguete. Fue pintado entre 1494, año en que se concluyó el edificio, y 1499, en que el gran pintor contrató el altar mayor de la Catedral de Ávila.

Enmarcado en una inmensa talla de juegos geométricos góticos, se nos muestra un conjunto de diecinueve pinturas, representando de un modo magistral momentos de la vida de Santo Tomás de Aquino. Tiene 21 metros de elevación y se le considera como una de las obras maestras de Pedro Berruguete.

Sepulcro de Don Juan

El Príncipe Don Juan era hijo único varón de los Reyes Católicos. Murió prematuramente y a su muerte murieron también las ilusiones que en él se habían puesto. El sueño que en su hijo acariciaba la reina sobre África, se vio fracasado. Era de complexión débil, y a sus 19 años muchos los pasó enfermizo. Fr. Diego Deza, O.P., gran defensor de Colón y jefe de los tutores y maestros del Príncipe, estaba entusiasmado con él a la vez que esperaba mucho de sus cualidades de mente y corazón. Se casó con la Princesa Margarita de Austria, hija del Emperador Maximiliano, padre también de Felipe el Hermoso, casado a su vez con Doña Juana la Loca, hermana del Príncipe y que heredaría el trono de Isabel por sí misma y luego por su hijo Carlos I de España, que heredó igualmente el reino de Fernando el Católico.

El mausoleo del Príncipe Don Juan es obra es obra del Florentino Doménico Di Alessandro Fancelli, que por recomendación del conde de Tendilla obtuvo el encargo de realizar la última voluntad de Isabel la Católica, que en su testamento dispuso labrara un sarcófago de mármol. Fue esculpido en los años 1511 y 1512. El mismo artista lo trajo de Génova y lo colocó aquí. De traza parecida al de los Reyes Católicos en la capilla real de Granada, presenta forma de cama o túmulo, con cierta originalidad, en forma de pirámide truncada, aún respecto a Italia, pues sólo puede relacionarse lejanamente con el de bronce del Papa Sixto IV, en el Vaticano, obra de Pollaiuolo.

Lleva grifos en los ángulos, y en los costados medallones con la Virgen y San Juan Bautista y las Virtudes teologales y cardinales. Rodean el borde ángeles con blasones, calaveras y trofeos militares enlazados por guirnaldas, luciendo aquí Fancelli primores decorativos insuperables, dentro de un clasicismo selectísimo. En la cabecera, entre dos ángeles, hay un medallón con Santo Domingo en alto relieve. A los pies hay otro, flanqueado por ángeles, en el que está esculpido el epitafio del Príncipe. La estatua yacente del Príncipe forma un todo con el almadraque sobre el que reposa. Está todo tallado con exquisita finura. No luce los guanteletes puestos. Están a ambos lados, ya que no murió en acción bélica, sino por enfermedad.

Dadas las vicisitudes sufridas en la iglesia, es una suerte poder contemplar íntegra la estatua del Príncipe, con su manto regio y armadura cincelada. Sólo falta el final de la espada.

La verja de plata que rodeaba el sepulcro fue llevada por los franceses. La tumba actual fue profanada en 1809. Se desconoce el paradero de los restos del Príncipe, que entonces fueron exhumados.