Funkcionalistický (Karel Kuča jej označuje jako pozdně konstruktivistický) kostel svatého Augustina byl postaven ve formě bazilikálního trojlodí. Chrám je orientován ve směru severozápad–jihovýchod, svým jihovýchodním průčelím se obrací do centrálního prostoru Masarykovy čtvrti, na náměstí Míru. Před vstupem se nachází plochostropý sloupový portikus tvořený pěti sloupy. Nad hlavním vchodem se nachází bronzová deska s nápisem DOMVS DEI PORTA COELI (Dům Boží – brána nebes), po jeho stranách jsou umístěny vedlejší vchody. Hlavní loď je výrazně převýšena a je osvětlena vysokými bočními okny a velkým oknem v průčelí. Dvě boční lodi jsou od hlavní lodě odděleny řadou sloupů a obě jsou zakončeny kaplemi: vpravo se nachází kaple Božího hrobu, vlevo kaple Panny Marie. Hlavní loď přechází skrz subtilní triumfální oblouk do půlkruhového presbytáře, jehož vysoká okna jsou vyzdobena figurálními malbami. Interiér chrámu je funkcionalisticky strohý. Spodní část hlavní lodi se obložena červenohnědým mramorem s bílými žilkami, zbytek je bíle vymalován. Právě v kontrastu s bílými stěnami je tmavě hnědý plochý kazetový strop.
Celkově se jedná o monolitický železobetonový skelet s výplní cihlového zdiva. Konstrukce krovu je řešena ocelovými vazníky s podhledem. K hlavní lodi přiléhá hranolová věž o výšce 37 m. Ve výšce 32 m se nachází přístupný venkovní ochoz, v prostoru nad ním jsou umístěny věžní hodiny. Věž je zakončena 13 m vysokým hrotem s křížem.
Na výzdobě interiéru se podíleli Vladimír Fischer (kazatelna včetně mosazné branky, mosazné křížky a kropenky, svícny, mešní nádoba, schránka svatostánku v oltáři a další), sochaři Josef Axman (plastika Krist na kříži nad hlavním oltářem a plastika ležícího Krista v kapli Božího hrobu), Václav H. Mach (společně s Axmanem bronzová desková reliéfní Křížová cesta a mramorová křtitelnice) a František Fabiánek (bronzové reliéfní desky na kazatelně) a malíři František Süsser (okenní malby v kněžišti, obrazy nad vstupy do sakristie a do kaple Panny Marie), Petr Pištělka (obrazy u vstupů pod kůrem a obrazy v postranních oltářích v bočních lodích), František Myslivec (obrazy dnes umístěné faře) a Milena Šimková-Elgrová (obraz Madonny s Ježíškem v oltáři kaple Panny Marie; ten byl po druhé světové válce přemalován Boženou Krasickou).