Insieme alla gemella chiesa di Santa Maria in Montesanto fa da testata a via del Corso e le 2 chiese rappresentano una delle icone più caratteristiche di piazza del Popolo.
Apparentemente identiche, in realtà osservando attentamente si noteranno le differenze, sia nei campanili che nelle cupole (dodecagonale quella di S.Maria in Montesanto ed ottagonale quella di Santa Maria dei Miracoli: anche le piante interne sono diverse, ellettica la prima, circolare la seconda).
La chiesa di Santa Maria dei Miracoli fu eretta nel XVII secolo (a 13 anni di distanza dalla "gemella") al fine di conservare la copia cinquecentesca di un dipinto miracoloso della Vergine, copia che si trovava in una cappella sulle sponde del Tevere e minacciata continuamente dalle alluvioni. Il dipinto originale (un affresco), sicuramente anteriore al 1325, anno del miracolo, fu trasportato invece, nel 1590, nella chiesa di San Giacomo in Augusta (su via del Corso), dove si trova ancora oggi.
Fa riflettere il fatto che anche in età augustea nella stessa posizione delle due chiese "gemelle" ci fossero 2 mausolei simili alla piramide di Caio Cestio, a costituire un ingresso monumentale al Campo Marzio, come oggi le 2 chiese fanno la stessa cosa per via del Corso.
Esternamente la chiesa non ha una vera e propria facciata, in quanto vi è addossato un pronao a quattro colonne con sovrastante timpano (sull'architrave si legge il nome del benefattore della chiesa, ovvero il cardinale Gastaldi); la monumentalità dell'edificio è poi accentuata dalla 10 statue che decorano la balconata che corre sopra al timpano per 3 lati della chiesa e soprattutto dalla grande cupola in ardesia, progettata da Carlo Fontana, che sembra schiacciare la struttura sottostante. La presenza della chiesa gemella a pochi passi contribuisce ulteriormente a creare uno degli angoli barocchi più caratteristici e conosciuti dell'urbe.
L'interno si presenta poco luminoso, circolare e non certo vasto, essendo tutto sotto alla cupola; quattro grandi archi si aprono in corrispondenza dell'entrata, del presbiterio e delle 2 cappelle laterali maggiori. Queste due cappelle sono precedute (quindi tra le cappelle e l'ingresso) da 2 nicchie che contengono i confessionali e più in alto vi è lo stemma del cardinal Gastaldi sostenuto da un angelo (lo stemma del cardinale si ritrova anche in controfacciata, nell'arco che introduce il presbiterio e al centro della pavimentazione).
Tra le 2 principali cappelle laterali e il presbiterio vi sono invece altre 2 nicchie, più grandi e profonde, in cui sono state realizzate altrettante cappelle.
Sopra alle 4 nicchie vi sono dei piccoli balconcini.
La decorazione dell'aula è costituita da paraste con capitelli corinzi (quelli ai lati dle presbiterio contengono anche la testa di un cherubino); la decorazione interna della cupola è nel complesso semplice, ma spicca il fregio alla base del cupolino, realizzato da collaboratori di Antonio Raggi, che ha invece realizzato il rilievo posto a coronamento dell'arcone dle presbiterio.
Le cappelle custodiscono tele e monumenti funebri di varie epoche; si segnala, nella cappella principale di sx, dedicata a Sant'Antonio da Padova, l'urna sotto l'altare con le spoglie di Santa Candida, martire, provenienti dalla catacomba di Priscilla; nella cappella principale di dx, invece, dedicata all'Assunta, si segnala, appeso su un pilastro, un dipinto della Vergine, risalente al XVII o XVIII secolo, che miracolosamente nel 1796 mosse le pupille.
Ma il turista che entra nella chiesa per la prima volta non sarà attratto da quanto appena descritto, bensì dal profondo presbiterio, in cui risalta la ricca decorazione ed in particolare l'altare maggiore (con al centro, sostenuta da angeli in stucco realizzati da Antonio Raggi, la citata copia cinquecentesca della Madonna dei miracoli) e, sormontati da 2 balconate, i 2 notevoli monumenti funebri sulle pareti laterali (del menzionato cardinale Girolamo Gastaldi a sx e di suo fratello, conte Benedetto Gastaldi, a dx): le pregevoli statue femminili che adoranano detti monumenti, opera sempre di Antonio Raggi, rappresentano le virtù della Fede e della Speranza (a sx), della Prudenza e della Temperranza a dx.