La iglesia alterna en sus muros ladrillo y piedra dispuestos, creando un efecto decorativo rítmico, tal y como fue habitual en los paramentos exteriores en Alcalá. La cúpula que la corona se remataba originalmente con una linterna y un chapitel, que con su desarrollo vertical equilibraban la horizontalidad del resto del edificio. Estos remates se pierden cuando en 1882 el Ayuntamiento compra el edificio para convertirlo en cárcel y juzgado y decide eliminarlos por existir peligro de hundimiento.
La fachada principal de la iglesia, que destaca por su simplicidad, sufrió también importantes transformaciones al adaptarse a su nueva función: se abrieron nuevos balcones y ventanas y se trasladó la portada principal, que daba a la Plaza de las Bernardas, a la Calle Santiago, donde se situó la nueva puerta principal de entrada a los juzgados.
En cuanto a la portada por la que se accede al convento, probablemente se reutilizó del edificio que precedió al actual, sustituido debido a su carácter endeble y su tamaño insuficiente. Destaca por su coronamiento semicircular, que alberga en relieve la cruz de Santo Domingo, caracterizada por sus extremos en forma de flor de lis que aluden a la orden religiosa que ocupó este edificio.
El edificio del convento se realizó en materiales similares a los de la iglesia y se organizó, como es habitual, en torno a un patio de planta rectangular. En este edificio se ubicaban las habitaciones donde los frailes desarrollaban su vida cotidiana, comunicadas con el patio a través de un claustro de esbeltos arcos de medio punto.
Al iniciarse su rehabilitación para albergar el Museo, se encontraba en avanzado estado de ruina en algunas zonas y muy deteriorado en términos generales. La instalación aquí de esta institución, supone, entre otros logros, la recuperación de un edificio con una larga historia.