Il modello rappresenta una chiesa a pianta centrale a due livelli. Sulla base quadrata si innalza il corpo centrale, con il secondo livello evidenziato da una galleria porticata, raggiungibile da ogni lato grazie a una doppia scalinata. La chiesa è sormontata du un tiburio ottagonale con copertura tronco piramidale, circondato da quattro cupolette e quattro campaniletti cuspidati.

Le caratterizzazioni formali di elementi come capitelli, cornici, modanature e fregi sono assenti: gli ordini vitruviani, fondamentali nel dibattito architettonico rinascimentale, sono per Leonardo secondari rispetto alle possibilità combinatorie degli spazi e dei volumi.
Il tema della pianta centrale è sviluppato da Leonardo più come un esercizio teorico che come effettiva progettazione. Come riportato nelle note manoscritte, l'idea del doppio livello gli viene dall'osservazione dell'analoga chiesa di San Sepolcro.

Leonardo da Vinci, I Manoscritti dell'Institut de France. Il Manoscritto B, a cura di Marinoni A., Firenze, Giunti Barbera, 1990

Arata G. U., Leonardo architetto e urbanista, Milano, Industrie Grafiche Italiane Stucchi, 1953

Chierici G, L'architettura a cupola, in Leonardo da Vinci, Novara, De Agostini, 1939

Sutera S., Leonardo : le fantastiche macchine di Leonardo da Vinci al Museo Nazionale della Scienza e della Tecnologia di Milano : disegni e modelli, Milano, Skira, 2001