Santa Maria dei Miracoli jest jedynym kościołem w Wenecji, oprócz bazyliki św. Marka, który pokryty jest od wewnątrz i na zewnątrz marmurem. Wiedza na temat technik konserwatorskich pozwoliła na uporanie się z trudnościami i w 1997 roku restauracja świątyni dobiegła końca.
Architektura Wygląd zewnętrzny Kościół usytuowany jest nad kanałem Rio dei Miracoli. Jego dwukondygnacyjna fasada, ozdobiona wielobarwnym marmurem, została rozczłonkowana pilastrami i arkadami. Pomiędzy łukami znajdują się medaliony z wizerunkami proroków, świętych i aniołów. W tympanonie nad portalem umieszczono relief Madonna z Dzieciątkiem. Fasadę wieńczy duży, półokrągły fronton, w którym znajduje się w wielka rozeta, otoczona dwiema mniejszymi oraz trzema okrągłymi oknami.
Wnętrze thumb|240px|Wnętrze kościoła Wnętrze kościoła jest jednonawowe. Jego ściany są wyłożone kolorowymi płytami marmurowymi. Kościół ma sklepienie kolebkowe z drewnianym stropem kasetonowym, wypełnionym malowidłami proroków i świętych. Autorem tych malowideł (w liczbie 50) jest Pier Maria Pennacchi i jego współpracownicy. Nad wejściem znajduje się Chór Mniszek, który wspierają rzeźbione filary. Chór zdobi obraz Palmy Młodszego Madonna z Dzieciątkiem. Do prezbiterium prowadzą schody.