Dans Paris brûle-t-il, Lapierre et Collins rapportent que l'église fut la seule de Paris à ne pas faire sonner ses cloches pour la libération de Paris parce qu'elle n'en avait (à cette époque) pas.
Saint-Philippe-du-Roule n'est pas le premier édifice religieux en France à renouer avec les dispositions des anciennes basiliques paléochrétiennes. Mais c'est un des plus remarquables, et ce fut l'un des plus imités.
L'édifice avait à l'origine des dimensions de 26 toises de long sur 14 de large (environ 52 mètres sur 28).
La façade, très simple, comprend un péristyle à quatre colonnes doriques surmonté d'un fronton triangulaire encadré par deux portes rectangulaires, selon une composition qui fut ensuite imitée à |Notre-Dame de Lorette, Saint-Denys du Saint-Sacrement, Saint-Pierre du Gros Caillou et Saint-Vincent-de-Paul.
Deux tours devaient s'élever de chaque côté de la nef au-dessus du faux transept mais elles ne furent jamais construites. Cependant, un petit campanile de métal, contenant une cloche, et agrémenté de hauts-parleurs afin que le son porte plus loin, a été, bien plus tard, rajouté.
Le vaisseau central est couvert d'une voûte en berceau portée par des colonnes ioniques. Contrairement à ce qui était prévu à l'origine, cette voûte n'est pas réalisée en pierre mais en charpente et en toiles peintes marouflées simulant des caissons de pierre.
Les collatéraux, voûtés en berceau, n'ont pas de chapelles mais des autels simplement adossés au mur extérieur et placés sous les fenêtres. On ne trouve des chapelles, surmontées de fausses tribunes à balustrades, qu'à la dernière travée, où se situait à l'origine le maître-autel. À ce niveau, les colonnes étaient remplacées par un mur orné de pilastres cannelés qui se prolongeait en s'arrondissant pour former une abside, voûtée en cul-de-four garni de caissons. Le cul-de-four a été orné en 1855 d'une Descente de croix par Théodore Chassériau.
Les travaux de 1846 ont remplacé ce mur par une colonnade afin de créer un déambulatoire en arrière de l'abside. La chapelle de la Vierge, située dans l'axe de la nef, a été ouverte sur ce déambulatoire.
En 1853, une chapelle des catéchismes a été ouverte perpendiculairement à l'axe principal.
En définitive, aujourd'hui, seule la partie antérieure (depuis les deux chapelles latérales) est de Chalgrin, toute la partie postérieure remontant aux transformations de Godde et de Baltard.