Los edificios originales no son los que se pueden ver actualmente, ya que las primeras construcciones estaban hechas de adobe y los techumbres eran de viguería y teja. Este primer templo fue terminado en 1596.

El proyecto actual data de fines del siglo XVII y construirlo tomó aproximadamente 30 años, ya que fue terminado en 1722. El conjunto se llevó a cabo por las donaciones de Manuel Fernández Fiallo y Lorenzo Mendoza.

En 1862 como parte de las Leyes de Reforma, el inmueble fue expropiado y el Gobierno lo cedió al Instituto de Ciencias y Artes. En 1893, el obispo Gillow adquirió el convento y fundó la Casa de Cuna, que ha perdurado hasta la fecha.

La fachada del templo es de estilo barroco y está considerada una de las más impresionantes de Oaxaca. Está dividida en tres cuerpos, el primero tiene el acceso al templo bajo un arco de medio punto rematado por el emblema de los agustinos. A los lados hay columnas jónicas y dos nichos con las esculturas de San Juan de Sahagún y San Nicolás Tolentino. El segundo cuerpo tiene como personaje central a San Agustín y arriba hay dos querubines. El tercer cuerpo tiene dos nichos con las esculturas de Santa Clara de Montefalco y Santa Rita de Cáscia.

El templo tiene planta de cruz latina y en su interior el templo ofrece auténticas como el retablo mayor de estilo barroco terminado en madera tallada y revestido en oro laminado. En el centro destaca la escultura de San Agustín y abajo hay un bello óleo donde se representa a la Santísima Trinidad. Hay otros dos retablos que, aunque de menor tamaño, son de igual belleza que el mayor.

Bajo el púlpito hay una cápsula de vidrio con un fragmento de hueso que es una reliquia de San Agustín, la cual fue obsequiada por la Curia Romana.