Il fronte principale della chiesa è impreziosito da una loggetta, del 1560, con colonne di ordine tuscanico innalzate su piedistalli quadrangolari e realizzata in pietra serena. 
Oltrepassata la loggetta rialzata di linguaggio quattrocentesco, è l’elaborato altar maggiore della prima metà del Seicento in legno dorato e laccato con grandi colonne salomoniche e la tavola firmata “THIMOTHEI DE VITE URBINAT. OPUS” raffigurante il Noli me tangere. Si tratta del più importante lavoro di Timoteo Viti (allievo del Francia) insieme all’opera realizzata per il mausoleo dei duchi d’Urbino. Il dipinto con una cromia che assume una profondità gemmea e tonalità quasi smaltate e figure dagli evidenti influssi raffaelleschi è definito da Vittorio Sgarbi “un capolavoro sublime” che “appare in questo oratorio non grande come una visione”. Quest’opera del Viti (che affianca Raffaello in importanti imprese) è stato datato (da Cuppini Sassi) all’anno 1504.
Sopra il portale centinato dell'ingresso sono a bassorilievo, l'arcangelo Michele che sconfigge il drago e le chiavi poste a decusse con la tiara papale che indicano la sottoposizione al capitolo di San Giovanni in Laterano. L'oratorio si presenta ad aula unica sormontato da una volta a botte lunettata.