Architektura kościoła pochodzi od I części XVII wieku z Rzymu, według wzoru kościoła Il Gesu, gdzie były budowane świątynie bez kolumn w stylu barokowym i były bliskie kościołom Lubelskim,
Lwowskim, Krakowskim oraz innym przyklasztornym kościołom. Kościół prawdopodobnie projektowany korzystając z dwóch wzorowych planów.
Kościół św. Teresy od kościoła w Rzymie i Il Gesu bardzo różni się. Jego plan tutaj nie w łacińskiej formie krzyża, ale w kształcie prostrokąta, bez rozwijającego transeptu, kopuła- niska i szczelna. Taka przestrzeń charakterystyczna kościołom karmelitów w Rzymie – S.Maria Della Scala i S.Maria Della Vittoria. Wewnątrz przestrzeń podzielona na trzy nawy. Boczne nawy zamierzone jako przejściowe rzędy kaplicy. Podstawową nawę okrąża osiem kamiennych sklepień, dużo wyższych od bocznych.
Dla fasady kościoła charakterystyczna monumentalność, surowa plastyka liniowa, architektoniczny rysunek o szlachetnych podłużnych proporcjach. Fasada trzech okresów wysuwa się na bardzo dużym cokole. Portal i okno nad nim wkomponowane w niszy w kształcie arki. Portal wieńczy wykuty w białym marmurze herb dynastii Wazów- snop zboża. Naprzeciw herb sponsora budowy, WKL podkanclerza Stefana Paca- podwójna Heralda lilia. Okrągłą plastykę wolut wyróżniają obeliski kontrastowe.
Do dekoracji fasady użyto szlachetnego kamienia- szarego szwedzkiego piaskowca i czarnego oraz białego marmuru. Taka bogata ozdoba fasady rzadko spotyka się u karmelitów bosych. Dlatego Wileński kościół św. Teresy wyróżnia się okazałością i luksusem. W architekturze kościoła model karmelitów połączony z pismem oraz z gustem znanego mecenatu ,,stylem czarnego marmuru”.