Cerkev sestavljata pravokotna, banjasto obokana ladja, ki jo spremljata vrsti nižjih bočnih kapel, in dolg ravno zaključen prezbiterij, v katerem je nekoč stala loretska kapela – nazareška hišica, posvečena leta 1669. Zgrajena je kot pravi bazilikalni tip cerkve, slavoločna stena pa deluje skoraj neopazno zaradi mogočnega prezbiterialnega dela. Banjasto obokan strop zaključuje tudi vršni del prezbiterija. Bazilikalna osvetljava z okni nad venčnim zidcem enakomerno osvetljuje prostor, stranske kapele pa so nekoliko temnejše, čeprav ima vsaka svoje okno. Pilastri, ki bogatijo profil delilnih sten stranskih kapel, ritmično zaznamujejo prostor in z bogatimi kapiteli podpirajo nekoliko razčlenjeni venčni zidec, ki teče pod obokom. Bogastvo opreme kljub širokemu časovnemu razponu nastajanja in stilnemu eklekticizmu le ustvarja baročno vzdušje.
Oltarji
Od osmih kamnitih stranskih oltarjev je najstarejši oltar sv. Valentina, postavljen leta 1681 in pozneje povečan; sliko v njem je leta 1733 napravil Valentin Metzinger, pripisujejo pa mu tudi Žalostno Mati Božjo v kapeli sv. Frančiška. Oltar sv. Treh kraljev je leta 1690 naredil Mihael Kuša, slika v njem pa je poznobaročno delo Andreja Herrleina. Oltar sv. Paskala Bajlonskega (prvotno sv. Nikolaja Tolentinskega), postavljen leta 1701, krasita marmornata kipa Karla Velikega in sv. Karla Boromejskega, delo neznanega beneškega kiparja, ki je s kipoma sv. Antona Puščavnika in sv. Roka dopolnil tudi oltar sv. Valentina, njegove pa so brzčas tudi plastike Boga Očeta ter nadangela Gabrijela in Marije na fasadi. Slika v oltrarju sv. Lucije, Apolonije in Agate iz leta 1702 je pripisana Jožefu Ferdinandu Fromillerju, oltar dopolnjujeta mlajša baročna kipa sv. Kozme in Damijana. Kiparski okras oltarja sv. Križa ob slavoloku je pripisan Henriku Mihaelu Lohru. Glavnina velikega oltarja, ki je bil postavljen pred fasado loretske kapele pod slavolokom in leta 1896 prenesen k zaključni steni prezbiterija, je delo Francesca Robbe. Oltar je bil narejen iz zapuščine Filipa de Giorgia; prvo pogodbo zanj je sklenil Luka Mislej leta 1726, novo pa Robba leta 1728., vendar je bil oltar večinoma izdelan šele v štiridesetih letih, po Robbovi smrti pa ga je leta 1760 dokončal kamnosek Anton Fritsch. Kipa sv. Filipa in sv. Zofije, patronov donatorja in njegove žene, sta Robbova, avtor plastik sv. Avguština in sv. Tomaža Villanovskega iz leta 1760 pa ni znan. Zaradi pritožb Russensteinovih dedičev je oltar ostal okrnjen: v novem so morali narediti odprtino, tako da je bilo mogoče videti Marijin kip v notranjosti hišice. Dokončan je bil leta 1760. Ne vemo, kakšna slika je prvotno krasila oltar. V prejšnjem stoletju sta bili narejeni dve sliki Marijinega oznanjenja; prva je izvirno delo Matevža Langusa, druga pa je kopija Kremser-Schmidtove slike iz Velesovega, ki jo je naslikal Anton Jebačin. Poleg njiju je mogoče na oltar postaviti še slike: Marija z Detetom (1877) Janeza Šubica, Kraljica rožnega venca J. Kastnerja in Brezmadežna p. Blaža Farčnika. Glavni oltar predstavlja enega največjih dosežkov ljubljanskega baroka, Robbi pa je uspel resnični prenos berninijevske tradicije v slovenski prostor.
Poslikava notranjščine
Frančiškani so za poslikavo notranjščine naprosili Matevža Langusa, vendar pa je zaradi slabe ohranjenosti slikarij in številnih prenov, ki so se v cerkvi zvrstile, težko ugotavljati Langusov delež. Domnevno je bil Langus prvi, ki je poslikal cerkev in sicer v baročnem konceptu, v kakršnem je zrasla nova cerkev Marijinega oznanjenja. Langusova kompozicija je umirjena in harmonična, z njo pa je slikar v našo cerkveno umetnost vnesel nazarenske slikarske ideale in tako nekoliko zrahljal poznobaročno tradicijo. Nazarensko slikarstvo, ki je vplivalo na Langusa, je svoj razcvet doživelo z nemškimi slikarji v obdobju romantike, stremelo pa je k oživitvi preprostosti in prave krščanske duhovne umetnosti. Langus je slikal v obdobju od 1848 do 1855, kar je tudi zabeležil ob orglah. Stranski kapeli ob slavoločni steni je poslikal že kakšno leto prej. Glavna tema, ki si jo je Langus izbral, je bilo Marijino poveličanje. Natančen opis Langusovega dela najdemo v delu Frančiškanska cerkev v Ljubljani avtorice Verene Koršič-Zorn: «Na polkrožno zaključenem delu zadnje stene prezbiterija je upodobil Marijino smrt; zaradi okna v luneti je Marijin grob dvignil, apostole z Marijo Magdaleno pa razporedil po stopnicah, ki so se proti sarkofagu vile ob okenski odprtini. Na obok prezbiterija je naslikal Marijino vnebovzetje: na oblakih sedečo Devico angeli nosijo v nebesne višave, sijoče od božje svetlobe. Med okna je razvrstil štiri evangeliste. Za obok v ladji je Langus izbral motiv Marijinega kronanja. Na monumentalno tridelno stropno kompozicijo je v prvi pas razvrstil osebnosti iz Stare zaveze: Abrahama z Izakom, Mojzesa, Davida in Noeta z barko; mavrica je od spodnje skupine ločevala v polkrog postavljene pravičnike, ki so naznanjali Gospodov prihod (npr. Janez Krstnik, sv. Jožef, Marijino sorodstvo), v zadnjem pasu pa je upodobil Marijo v nebeški slavi s sv. Trojico in angeli. V svojo kompozicijo Langus ni vključil nobenega novozaveznega svetnika; prikazal je torej Marijino poveličanje »in actu«, kar je ikonografsko še posebej zanimivo. Med okni je naslikal štiri ključne dogodke iz Marijinega življenja.« Langusova dela najdemo tudi v kapelah, kjer so glavni motiv njihovi posamezni zavetniki. Žal Langus ni dočakal blagoslovitve svojega dela,saj je na predvečer slovesnosti 20. oktobra 1855. umrl.
Matevžu Langusu sta nekaj desetletij pozneje sledila dva dunajska slikarja Joseph Kastner in Josef Kleinart, ki sta prevzela obnovo slikarij v cerkvi. Poleg restavratorskih del sta se slikarja proslavila tudi s svojim umetniškim prispevkom, saj sta predvsem na obokih prezbiterija in ladje Langusove freske z oljnimi barvami popolnoma preslikala. Prav tako kot Langus sta se držala estetskih meril idealistično usmerjenega nazarenskega slikarstva. Kastner je ustvarjal na zadnji steni, kjer je naslikal prizor, kako frančiškanski svetniki častijo Marijo. Ob straneh sta Kleinart in Kastner upodobila štiri prizore iz življenja sv. Frančiška Asiškega. Na novo sta poslikala obok v prezbiteriju in ladji, s tem pa zabrisala Langusovo delo, ki se je ohranilo le v manjših obstranskih obočnih slikah.
Zadnji pomembnejši slikar, ki je sodeloval pri temeljiti prenovi bogate notranje poslikave cerkve, je bil Matej Sternen. Tu je bil že z Antonom Jebačinom zaposlen kot restavrator. V letih 1935 – 1936 je na novo poslikal obok prezbiterija ladje. Ohranil je motiv Marijinega vnebovzetja in Marijinega kronanja pri delu pa uporabil tehniko prave freske. Na vrh stopnišča na oboku prezbiterija je naslikal prazen sarkofag z mrtvaškim prtom, ob katerem se gnetejo apostoli in se začudeni in vznemirjeni ozirajo v nenavadni prizor. Nad njimi je Marija, ki se v krogu angelov dviga v nebo, kjer jo v nebeški svetlobi pričakuje Kristus. Ladijski obok je posvetil Marijinemu kronanju, kar sta pred njim storila že Langus in Kastner, zanimiva pa je pri tem njegova interpretacija odrešenjske zgodovine, ki jo je izrazil v kipečem, v neskončnost razvijajočem se iluzionističnem načinu G. B. Tiepola: tragika greha se popolnoma izniči ob Marijini in Kristusovi izpolnitvi božjega odrešenjskega načrta. Na obsežni površini ladijskega oboka je od prezbiterija proti vhodu cerkve razvil razgibano kompozicijo: v dramatičnih držah so predstavljene najpomembnejše osebnosti in dogodki odrešenjske zgodovine stare zaveze. Za Abrahamom z Izakom, Davidom, Mojzesom in motivom izgona iz raja sledi Križani, ki je temelj uresničitve odrešenjskega načrta. Nad njim je zemeljska obla z razgibano skupino angelov ob Mariji, ki jo bo Bog Oče vsak čas poveličal in kronal. Kompozicijo zaokrožajo personifikacije treh kardinalnih teoloških kreposti: Vera, Upanje in Ljubezen.
Med orglami je Sternen upodobil še Marijo s sv. Bernardom Lienorijem in filozofom frančiškanskega reda bl. Janezom Duns Skotom. Sternen je kot predstavnik impresionističnega slikarstva s tem delom čudovito združil sodobno slikarstvo z iluzionističnim slikarstvom preteklega časa. Nekateri menijo, da gre pri Sternenovem ustvarjanju v cerkvi Marijinega oznanjenja za zadnji primer baročnega iluzionizma v Evropi.
Kapele, prižnica in zakristija
Kapela sv. Valentina je prva na desni od glavnega vhoda proti prezbiteriju. Poleg že zgoraj opisanega oltarja sv. Valentina, atiko kapele krasi slika redovnika z bolnikom ali umirajočim. Freske prikazujejo na desni steni sv. Roka med bolniki, na levi sv. Alojzija Gonzaga, ki ga obhaja sv. Karel Boromejski, na stropu pa sv. Valentina v nebeški slavi s sv. Alojzijem in angelom z lilijo in krono na levi ter redovnikom in sv. Rokom na desni strani.
Kapelo svete Lucije, Apolonije in Agate krasi oltar iz črnega in opekasto rdečega marmorja, s pisanimi intarzijami na sprednji strani menze. V njem je slika koroškega slikarja Josipa Ferdinanda Fromillerja (1693-1760) z zanimivo trikotniško kompozicijo, katero sestavljajo sv. Agata z dojkami na pladnju, desno sv. Apolonija s kleščami, v sredini pa sv. Lucija. Vse tri svetnice so priprošnjice v bolezni in trpljenju. Stenske poslikave kapele na desni upodabljajo sv. Lucijo v molitvi na grobu sv. Agate, na nasprotni strani pa Marijo Pomočnico. Strop krasijo tri oltarne svetnice – mučenke, ki uživajo nebeško slavo.
Kapela svetega Frančiška je bila prvotno sedež rožnovenske bratovščine, od leta 1860 pa je zavetnik kapele sv. Frančišek Asiški. Nov oltar so leta 1909 ob sedemstoletnici frančiškanskega reda leta dali postaviti Frančiškovi tretjeredniki. V renesančnem duhu ga je izdelal arhitekt Josip Vancas. Slikar Janez Wolf je leta 1882, ko so obhajali sedemstoletnico Frančiškovega rojstva, na levi steni kapele izdelal fresko Smrt sv. Frančiška, na desni pa po kartonskih predlogah p. Aleksandra Robleka Porcjunkulo. Oltarna slika Vtisnjenje ran sv. Frančišku je delo slikarja Fritza Kunza. Spodnji del leve stene krasi izredno lepa in ikonografsko zanimiva podoba Žalostne Matere božje. Marija je diagonalno postavljena v prostor in s trpečim, a mirnim obrazom premišljuje pred orodji Jezusovega trpljenja; bičem, trnovo krono in napisom INRI. Sliko so sicer pripisovali slikarju Bergantu, a gre verjetno za pomembnejšega slikarja.
Loretska kapela je doživela temeljito prenovo po ljubljanskem potresu leta 1895. V njej so postavili nov oltar in ga blagoslovili skupaj z glavnim oltarjem 12. novembra 1896 .Slikar Joseph Kastner jo je poslikal s prizori iz Marijinega življenja: Oznanjenje, Angel se prikaže Jožefu v spanju, Beg v Egipt, Jezus z Marijo in Jožefom, Dvanajstletni Jezus v templju. Ob oknih je naslikal štiri velike preroke in prizore iz Jezusovega otroštva: Jezus prinaša vodo v vrču in zaliva cvetje, Jezus pri mizarskem delu s kladivom v rokah, nato z metlo, ko pometa oblance.
Oltar je izdelan iz istrskega marmorja, izdelal pa ga je Feliks Toman. Na njem kraljuje pozlačen Marijin kip, v spodnjem pasu nastavka pa je relief I. Zajca Sv. Družina pri delu: Marija prede, sv. Jožef obla, mali Jezus pa bere. Steno krasi ikonografsko bogat Plečnikov križ, ki je bil namenjen nagrobniku dr. Antona Korošca. Bronasti križ ima žensko figuro, ki predstavlja vero. Štirje medaljoni predstavljajo: modrost, radodarnost, zvestobo in srčnost. Na medaljonu, ki je na vrhu in predstavlja modrost, je portret Plečnika. Po načrtih arhitekta Gajška so leta 1952 v loretski kapeli uredili krstilnico, ob loretski hišici pa sta bila postavljena oltar sv. Jožefa s sliko Mirka Šubica in oltar sv. Jude Tadeja s podobo slikarke Obereignerjeve.
Po zadnji Bitenčevi preureditvi so kapelo svetega Jožefa spremenili v krstno in tja prestavili krstni kamen, drugo pa v poročno in postavili vanjo kopijo brezjanske Marije Pomagaj v bogatem pozlačenem okvirju. Sliko Jude Tadeja so prestavili na oltar sv. Valentina.
Ostale kapele so: kapela svetih Treh kraljev z mogočnim oltarjem, ki ga krasi njihova podoba (delo slikarja Andreja Herrleina), kapela Srca Jezusovega z istoimensko sliko (Kastnerjevo delo) in kapela svetega Pashala Bajlonskega z njegovo oltarno sliko, ki jo je napravil frančiškan p. Blaž Farčnik. Slednja ima tudi Langusovo sliko sv. Ane z Joahimom in malo Marijo. Omeniti velja še dva kipa, ki se nahajata v kapeli sv. Pashala Bajlonskega in sicer kip Karla Velikega (levo) in sv. Karla Boromejskega (desno). Zaradi izredne kvalitete vzbujata pozornost strokovne javnosti.
Prižnica je lesena in izhaja iz druge polovice 18. st. Zgrajena naj bi bila okoli leta 1770. Bogati reliefi prikazujejo Marijino oznanjenje, Jezusa Dobrega Pastirja, cerkev Marijinega oznanjenja in verjetno spreobrnjenje sv. Avguština, streho prižnice pa krasi sv. Avguštin, ki sedi, v roki pa ima knjigo in pero. Umetniški poudarek prižnice na enem izmed velikih štirih zahodnih cerkvenih očetov je jasen, če pomislimo, da je bila to nekoč cerkev reda avguštincev.
Zakristija je povezana z ljubljansko rodbino Schellenburgov, konkretneje z Jakobom Schellenburgom, ki je leta 1703 obljubil, da bo prostor opremil z omarami za paramente in cerkveno posodje ter poskrbel za sliko sv. Avguština na oboku. V 19.st jo je poslikal Ivan Borovski.
Naj ob zaključku omenim še orgle, ki imajo v avguštinski tradiciji posebno mesto. Ob razpustitvi reda leta 1784 so orgle prodali, leta 1870 pa je cerkev marijinega oznanjenja pridobila nove, ki jih je postavil Franc Goršič. Zaslovele so kot najboljše tovrstno glasbilo na Slovenskem. Orgelsko omaro je izdelal Matija Tomc iz Šentvida nad Ljubljano. Na njih so igrali številni znani glasbeniki in skladatelji kot denimo Anton Foerster, p. Hugolin Sattner, p. Angelik Hribar in drugi. Pozneje je ta mogočen inštrument doživel nekaj sprememb (Mauracher, Jenko), konec 90-ih pa je bil že precej dotrajan, zato so frančiškani načrtovali postavitev novih, mehanskih.
Leta 1994 so pri Škofijski orglarski delavnici v Mariboru naročili nove orgle, ki so zdaj v prezbiteriju.
Frančiškani so k zadnji prenovi povabili nekatere sodobne slovenske umetniške ustvarjalce: slikarja Mateja Metlikoviča in Veselko Šorli-Puc, kiparja Mihaela Žaklja in restavratorja Tomaža Kvasa.
