Kaip atrodė gotikinis bažnyčios pastatas, galima numanyti iš masyvaus mūro ir bažnyčios vaizdo Tomo Makowskio apie 1600 m. raižytoje Trakų miesto panoramoje. Joje bažnyčia pavaizduota kaip halinis, dvišlaičiu stogu dengtas pastatas su gerokai žemesne apside. Šventoriuje pavaizduotas atskirai stovintis varpinės bokštas. Dabartinis bažnyčios planas ir mūro tyrimai rodo ją buvus trijų travėjų, trijų navų — šoninės daug siauresnės už viduriniąją. Plačią centrinę navą pratęsė ilga asimetriška trisienė apsidė. Masyvūs presbiterijos kontraforsai tikriausiai rėmė skliautą, o medžio lentų lubas virš navų laikė keturi profiliuoti stulpai. Pagrindinis įėjimas buvo pastato vakarų fasade, šoninis — šiaurinėje sienoje, tikėtina, kad būta durų į zakristiją.
XVII amžiaus pradžioje prie vakarų fasado pristatytas priebažnytis, per vėlesnes rekonstrukcijas pakeistas bažnyčios tūris: pažeminus šoninių navų sienas, iškelta vidurinioji nava — buvusi gotikinė halė paversta barokine bazilika. XVIII amžiuje virš prienavio pastatyti bokštai, bažnyčia įgavo Lietuvai būdingą dvibokštį klasicizmo bruožų turinčio vėlyvojo baroko formų siluetą. Iki 2008-ųjų pastato formos išliko tokios, kokias matome XIX amžiaus ikonografinėje medžiagoje. 2008-aisiais restauruojant bažnyčią buvo paaukštintas stogas, įrengti švieslangiai, nuimta skardinė stogų danga ir pakeista čerpėmis, signatūrinis bokštelis iškeltas aukščiau už vakarinius bokštus. Bokštų viršūnes ir frontono skydą puošia kaltiniai geležiniai kryžiai.
