L'edificio fu eretto sulle fondamenta dell'antico oratorio, situato presso un torrione della cinta muraria definito "torresino". Ancora oggi una torretta corona la cupola e conserva un’immagine della Vergine Addolorata che dal 1450 operò miracoli.
L’iscrizione sopra l'ingresso principale testimonia la posa della prima pietra nel 1718 e il termine dei lavori nel 1726. La facciata presenta un gioco di piani prospettici che introduce al dinamismo della struttura a mattoni, arricchita da superfici curve: negli angoli spezzati si inseriscono le colonne mentre si preferisce l'ordine minore nelle ali laterali. Il frontone triangolare e spezzato è mosso dal bassorilievo ed è coronato da statue. Lo slanciato campanile cilindrico merlato raccorda l’atrio con il corpo centrale, accentuando l’effetto scenografico dell’insieme.
L'interno è a pianta centrale, con un ampio atrio rettangolare e tre cappelle absidate.
Della bottega dei Bonazza, i maggiori scultori padovani del XVIII secolo, sono le statue delle virtù poste nelle nicchie laterali. Al centro, sotto la cupola sorretta da colonne corinzie, è posizionato l’altare maggiore realizzato da Carlo Scarpa nel 1978. E' composto da un piano d'appoggio di marmo nero levigato con una cornice di ottone, ribassata e sagomata ai bordi, e da pilastrini a base quadrata di ottone e acciaio. Il pavimento è un mosaico di tessere marmoree policrome.
L'insieme architettonico si conforma al gusto barocco di origine borrominiana e costituisce un unicum nella città di Padova.
