正殿頂部呈環弧形,堂內明朗,色彩鮮麗,光輝奪目。設有3座祭台,正祭台供救世主像,兩側祭台分別供伯多祿和保祿兩像。伯多祿一手拿兩枚鑰匙,一手指天。保祿左手執十字架,右手指著一條標語“我們宣揚被釘的基督”。壁繪有耶穌生平事跡,聖母行實,人生四末,十二位宗徒,四大聖師,各修會會祖、會衣,還有保祿歸化,君士坦丁皇帝信仰天主教等,畫下均有漢文說明。除聖堂外,還建有正廳3間、初學院3間、膳廳及附屬用房,臥室14間。住房三面設有花園,寬敞舒適,並可遠眺山巒和西湖。
康熙二十八年(1689)三月,康熙南巡來杭,該堂神父殷鐸澤、潘國良(意籍)覲見康熙,獲賜果餅酥和銀子。
康熙三十年(1691),曾被浙江巡撫張鵬翮改作它用。三十一年(1692)八月失火,後修復。
康熙三十八年(1699)三月,康熙再次南巡,潘國良赴無錫恭迎,賜御餚4大銀盤。帝抵杭時,又賜宴湖舫及銀200兩修建聖堂,並在堂門上加“敕建”2字。潘特邀清代大畫家吳漁山神父賦詩志紀:“堂前街靜少塵埃,駕過從容問幾回,詩句笑看留御府,始名忻閱下烏台。旌旗晴拂當門擁,爐篆花迎入戶來,拜手執香同父老,歡聲歌祝似春雷。”
雍正禁教時除北京外,巳不許外國傳教士進行傳教活動。雍正八年(1730),李衛任浙江總督,德瑪諾被驅逐出境,鑿掉該堂康熙題寫的“敕建”二字,改作天后宮,並親自撰文勒刻《天主堂改為天后宮碑記》。直至同治三年(1864),長達130多年,清政府才完整歸還。同年七月,主教派謝德望、李安德神父進駐天主堂。
光緒二年(1876),將該堂向西擴建2間祭台間。
民國元年(1912)十一月,失火,後修復。民國5年(1916),又加建東側3間。
1966年,受到“文化大革命”衝擊,改為它用16年。
中共十一屆三中全會以後,落實房產等各項宗教政策。1979年7月26日,杭州市委批覆,同意開放中山北路天主堂。經過整修,於1982年12月12日舉行復堂禮。該堂雖經多次波折,仍保留至今。1991年,依法登記,領取“浙江省宗教活動場所登記證”,宗教活動正常,有主教1人,神父3人,修女20人。每天早晨舉行彌撒,每個主日舉行彌撒2台,現每主日教友達600餘人。1992年1月12日,定為杭州市級文物保護單位,也是接待國內外天主教賓客的場所。2009年6月,對教堂再次進行全面整修,並配置彩繪玻璃窗,且於9月底全部完工。