A lo largo de los siglos, la iglesia sufrió diversas reformas, destacando una importante remodelación en el siglo XVI. El resultado de esta reforma fue un edificio de estilo gótico que no conserva elementos del templo original. En el siglo XVIII, la iglesia se amplió con un tramo más y una nueva cabecera, lo que le dio su aspecto actual con dos partes bien diferenciadas: una primera parte gótica, del siglo XVI, con una bóveda de terceletes y estrelladas, y arcos apuntados; y una segunda parte, del siglo XVIII, con bóvedas de aristas o lunetos.
La portada de la iglesia, de estilo gótico-florido, es particularmente destacada. Fue construida utilizando materiales reaprovechados de la estructura anterior y presenta un tímpano muy original: una cruz de brazos desiguales que simboliza el triunfo del cristianismo sobre el paganismo, representado por el sol, la luna y la sinagoga.
Aunque el austero exterior de la iglesia no refleja la riqueza que alberga en su interior, al entrar, los visitantes pueden admirar su impresionante retablo mayor de estilo rococó, obra de Manuel Adán en el siglo XVIII. También destaca el coro, que cuenta con 53 sitiales decorados con motivos vegetales y alberga un lienzo barroco de la Inmaculada, obra del taller de José Ribera del siglo XVII.
La Iglesia de San Andrés es un claro ejemplo de la evolución arquitectónica y artística de Calahorra, fusionando elementos medievales, góticos y barrocos que convierten este templo en uno de los puntos clave del patrimonio religioso de la ciudad.
