Se asoma a la plaza con su impresionante fachada de estilo clasicista, con un profundo arco de medio punto que cobija la imagen de San Andrés y el escudo de los Austrias, debida a Francisco Cano, es herreriana. En el interior se aprecia una síntesis de estilos artísticos. Es un proyecto gótico de una sola nave, dividida en tramos cubiertos por bóvedas de crucería. También son merecedores de mención su púlpito, obra plateresca del siglo XVI y las portadas norte y oeste realizadas por Francisco Luna, suegro de Andrés de Vandelvira.
A los pies de la nave central vigila el templo un colosal órgano romántico de la época victoriana obra de Henry Speechly. Tras más de un siglo desde su primera instalación en la Exposición de París de 1889, esta joya del siglo XIX única en España ha sido reubicado recientemente en la Iglesia de San Andrés y aún se ultiman los detalles para su puesta a punto. En la cripta de la capilla de la familia del Busto reposan los restos de Francisco de Quevedo. El escritor permaneció enterrado en este lugar durante 150 años tras su fallecimiento en 1645. Tras distintos avatares de sus restos y una vez identificados por la Escuela Legal de Medicina de la Universidad Complutense de Madrid fueron depositados de nuevo en la cripta en mayo de 2007.
Dentro de la Iglesia, también son visitables los museos parroquiales, con dos salas de exposiciones permanentes. En una se exhiben los mantos de Nuestra Señora de la Antigua, junto con otros objetos y reliquias de interés, y la otra alberga relevantes tallas, reliquias parroquiales, archivos históricos y vestimenta sacerdotal. De igual manera se puede acceder a la cripta de Santo Tomás, mandada construir en 1645 por el vicario Florencio de Vera y Chacón, en el lugar donde estuvo el taller de la parroquia. Contiene un pequeño retablo en piedra dedicado a Santo Tomás de Villanueva.
