De portada barroca, su construcción se inició en 1708 y terminó en 1716. 

En su última etapa de construcción fue dado a un grupo de franciscanos que pertenecían a la Orden de San Diego, de ahí su nombre.

Este templo se ubicaba en las afueras de la antigua ciudad de Valladolid por lo que se construyó la Calzada de Fray Antonio de San Miguel para llegar a la construcción religiosa.

Cuenta con una sobria fachada barroca que es un auténtico contraste con su interior que está magníficamente decorado con diversas formas florales en donde predominan los colores rosa, rojo y dorado.

La ornamentación estuvo a cargo del artesano local Joaquín Orta en 1915 y se puede observar hasta en el último rincón del templo, en bóvedas, columnas, cúpulas y muros. En ella se puede ver una combinación de las técnicas europeas de yesería con la escultura de barro de tradición indígena. Contemplar esta auténtica obra de arte es una experiencia inolvidable.

Resalta el altar principal que es de estilo neoclásico con columnas corintias que flanquean a la imagen de la Virgen de Guadalupe.

Más tarde se edificó el monasterio de la Orden de los Dieguinos, que actualmente alberga a la Escuela de Derecho de la Universidad Michoacana. 

Al Templo de San Diego acuden miles de peregrinos cada 12 de diciembre a honrar a la Virgen de Guadalupe.