Il complesso, composto dalla chiesa e dal convento dei padri minimi, è preceduto da un ampio sagrato alberato, che offre una veduta panoramica sul centro storico e sul bacino del porto vecchio.

L'interno, a tre navate sormontate da quattordici colonne, con dieci altari che occupano interamente lo spazio delle due navate laterali, è invece riccamente decorato, grazie ai contributi di famiglie nobili quali Doria, Balbi e Spinola. Tra le varie cappelle è notevole quella dedicata al santo patrono, con l'altare in stile barocchetto genovese e intarsi di marmi policromi, opera settecentesca di Francesco Schiaffino, autore anche del crocifisso dell'altare maggiore.

I pavimenti delle navate laterali, alla base degli altari, sono ricoperti dalle numerose lastre tombali di personalità genovesi di varie epoche, tra le quali Veronica Spinola, promotrice dell'ampliamento del santuario, l'arcivescovo Nicolò Spinola, l'architetto Ippolito Cremona e la marchesa Luigia Pallavicini, morta nel 1841, celebre per la famosa ode a lei dedicata dal Foscolo.

Numerosi i dipinti e gli affreschi che ornano la chiesa di Angela Airola, Ottavio Semino, G.B.Paggi, Luca Cambiaso, Francesco Campora, Lazzaro Calvi, Orazio De Ferrari, Cesare Corte, Giuseppe Isola, Giacomo Borzino, Giuseppe Palmieri. Nell'adiacente chiostro, affreschi seicenteschi di Ventura Salimbeni, Lazzaro Tavarone e dei fratelli Calvi, raffiguranti miracoli di san Francesco da Paola.