La chiesa è a pianta rettangolare ad un’unica navata, con abside semicircolare e soffitto a cassettoni. Gli ultimi restauri hanno eliminato tutte le aggiunte ottocentesche.
Nella parete di destra si trovano: un cippo romano con iscrizione, che la tradizione cristiana ritiene il luogo ove molti cristiani, tra cui san Vito, subirono il martirio; ed una edicola rinascimentale con un affresco attribuito a Melozzo da Forlì oppure ad Antoniazzo Romano raffigurante la Madonna col Bambino e Santi.
Un’analoga edicola si trova nella parete di sinistra, con un affresco del XIX secolo raffigurante la Madonna che offre il rosario ai santi Domenico e Caterina da Siena.
Di notevole interesse storico-archeologico è la cripta della chiesa: gli scavi eseguiti nei primi anni settanta hanno permesso di meglio ridefinire la topografia dell’antica città di Roma relativamente a questa zona, e di ricostruire i primi secoli di vita dell’antica diaconia di san Vito.
