La chiesa è a croce greca con cappelle e vano d’ingresso a emiciclo; nella cupola l’affresco Paradiso del pittore Michele Antonio Milocco (1690-1772), nei pennacchi Virtù Teologali. Nelle nicchie delle pareti si trovano statue di santi in stucco e dipinti della vita di San Francesco di Sales. A destra la cappella con il primo altare in Italia dedicato, dal Beato Sebastiano Valfrè (1629-1710), al Sacro Cuore di Gesù. L’icona Il Sacro Cuore invocato da San Vincenzo de’ Paoli è del pittore Luigi Guglielmino (1885-1962). Una lapide ricorda l’ordinazione sacerdotale di San Leonardo Murialdo (1828-1900). Nella cappella di sinistra, dedicata a San Francesco di Sales: altare marmoreo disegnato dall’architetto Filippo Juvarra (1678-1736), pala Santa Giovanna di Chantal che riceve la regola da San Francesco del pittore Alessandro Trono (1697-1781). Dal Coro delle Monache, nucleo della prima costruzione, attraverso un finto tendaggio bronzeo, opera dello scultore Giovanni Tamone (1817-1885) si entra nella Cappella della Passione con l’altare disegnato dall’architetto Carlo Ceppi (1829-1921), il crocifisso ottocentesco e affreschi del pittore Luigi Morgari (1857-1935). L’altar maggiore in marmi policromi con colonne tortili in marmo nero è eseguito su disegno di Carlo Emanuele Lanfranchi (1632-1721). Sull’altare si trova la Visitazione del pittore Ignazio Nepote (1706-1780) e nella volta una gloria di angeli musicanti. Alla parete un pulpito a baldacchino in legno dorato. Ai lati della balaustra le statue degli arcangeli Gabriele e Raffaele.

Durante il secondo conflitto mondiale, la chiesa della Visitazione e le relative convivenze furono danneggiate da bombe dirompenti e incendiarie il 18 novembre e l'8 dicembre 1942. Si registrò il distacco parziale della copertura del tetto con crollo di plafoni e muricci. La rilevazione dell'1 agosto 1944 segnalava il ripristino parziale del tetto e lavori in corso nei locali sinistrati.