La progettazione fu per opera di Cosimo Morelli, uno dei più prolifici architetti dello Stato Pontificio, attivo nella seconda parte del Settecento, mentre fu realizzato dal fermano Luigi Paglialunga.
La facciata, in stile neoclassico, prende spunto da quella romana di Santa Anastasia.
L'interno è a navata unica con cappelle laterali. Il progetto iniziale prevedeva tre navate poi sostituite dalla sagrestia, dall'abitazione del parroco, dal cimitero e da alcune case private.
La costruzione della chiesa ebbe inizio nel 1774: da Roma arrivò, inviata da papa Clemente XIV, la prima pietra e furono scavate le fondazioni; tutta la parte interna invece fu realizzata nel biennio 1778-1779.
Il portale fu elaborato dallo scalpellino anconetano Angelo Albertini, mentre gli stucchi come le cornici, i capitelli, le rifiniture architettoniche e i bassorilievi sono degli artisti lombardi Stefano Interlenghi e Lorenzo Bernasconi.
Nel 1778 vennero eseguiti gli altari e nell'ottobre del 1779 furono trasferite le importanti reliquie di San Serviliano Martire e di San Gualtiero Abate.
Nell'altare dedicato a Serviliano Martire è posta una tela dipinta da Alessandro Ricci che presenta, sullo sfondo, la nuova città del Castel Clementino.
Nei numerosi altari si possono ammirare una Madonna delle Rose con il Figlio e i Santi Caterina da Siena e Giovanni Battista bambino. Troviamo inoltre una Madonna Immacolata ed una Madonna del Rosario con i Santi Domenico e Vincenzo Ferrer. Presente anche una statua di San Giuseppe con Gesù Bambino e una tela con le figure degli Apostoli Giovanni e Giacomo, opera di Filippo Ricci.
Da ammirare un organo ad opera di Raffaele Fedeli della Rocchetta di Camerino, datato 1779.
La torre campanaria è a base quadrata: la sua costruzione iniziò nel settembre del 1774 e terminò nel giugno del 1778.