Madeleine dibina dalam gaya Neo-Klasik dan diilhamkan oleh Maison Carrée yang lebih kecil di Nîmes, salah satu yang terbaik dipelihara daripada semua Kuil Roms. Ia adalah salah satu bangunan neo-klasik besar terawal untuk meniru keseluruhan bentuk luaran kuil Rom, dan bukannya hanya bahagian depan serambi. Lima puluh dua tiang Corinthian, setiap satu 20 meter (66 kaki) tinggi, dibawa mengelilingi seluruh bangunan. Arca pedimen Penghakiman Terakhir adalah oleh Philippe Joseph Henri Lemaire, dan pintu gangsa gereja mengandungi relief yang mewakili Sepuluh Perintah. Ia mengukur 108 kali 43 m (354 kali 141 ka).[6][7]

Di dalam, gereja ini mempunyai satu nave tunggal dengan tiga kubah di atas teluk melengkung yang luas, dihiasi dengan hiasan mewah yang diilhamkan oleh mandi Rom seperti juga oleh artis Renaissance. Di bahagian belakang gereja, di atas mezbah yang tinggi, berdiri patung oleh Carlo Marochetti yang menggambarkan St Mary Magdalene diangkat oleh malaikat yang membangkitkan tradisi mengenai ekstasi yang dia masukkan dalam doa hariannya semasa dalam pengasingan. Separuh kubah di atas mezbah dilukis dengan lukisan dinding oleh Jules-Claude Ziegler, bertajuk Sejarah Kristian, menunjukkan tokoh-tokoh penting dalam agama Kristian dengan – tanda tarikh Empayar Keduanya – pusat menduduki Napoleon pentas.