Este templo, diseñado por el arquitecto Luis Moya Blanco, es considerado uno de los mayores exponentes de la arquitectura madrileña y española del siglo XX y un referente de la arquitectura religiosa de España de mediados del pasado siglo.

El primer proyecto de la iglesia de San Agustín se esbozó en el año 1941, aunque su construcción no comenzó hasta 1946, terminándose el conjunto en 1951 y la forma final de su espadaña en 1955.

Se trata de una construcción compuesta por un templo de planta elíptica desarrollado en dos niveles y un centro parroquial desarrollado en cuatro niveles adosado por su parte posterior.

Estructuralmente se concibe como un doble anillo elíptico concéntrico, con muros de contención dispuestos radialmente entre ambos delimitando capillas. La planta principal presenta una potente plataforma con tres escalinatas de acceso.

El espacio litúrgico, dominado por una gran bóveda tabicada de 24x19 metros, está articulado horizontal y verticalmente. Cuenta, además, con vidrieras de carácter decorativo, de Santiago Padrós, y un friso con pinturas murales del artista Juan Esplandiú Peña que representan la vida de San Agustín.

Al espacio litúrgico principal se abren las cuatro capillas circulares cubiertas por sencillas cúpulas, dedicadas a sacristía, baptisterio, exposición del Santísimo Sacramento y una última bajo advocación de Santa Filomena.

La fachada principal es una fachada de espadaña con un cuerpo inferior adornado por una gran hornacina, flaqueada por dos pequeñas torres con remates cilíndricos y huecos en celosía, que alojan las escaleras.

El cuerpo superior está dominado por un edículo central con la imagen de la Virgen, esculpida por el artista Enrique Pérez Comendador, flanqueado por las figuras de dos ángeles, obra de José Espinós Alonso.

Por su parte, la linterna, de planta elíptica, está rematada con una esbelta pirámide y bolas sobre las delgadas pilastras que la conforman, y se sitúa en la mejor tradición clásica que arranca del Renacimiento.

Según Rollán, el edificio transmite una sensación unitaria y coherente, de obra perfecta y acabada. Su aspecto exterior es armonioso, combinando ladrillo, piedra artificial blanca y pizarra, sobre un basamento y escalinatas de granito. En este aspecto se trata de una obra modélica y singular, considerada uno de los mejores ejemplos de arquitectura de su época.