La chiesa ha la pianta ad aula a forma rettangolare ed il suo stato di conservazione è complessivamente mediocre. La struttura della copertura è composta da quattro capriate semplici in legno, portanti una doppia orditura di travi e travicelli su cui posano le mezzane in laterizio. Anche l'arco che divide il presbiterio dalla chiesa sostiene gli elementi di copertura. In un libretto conservato nell'archivio storico comunale di Rosignano intitolato Appunti presi nelle chiese del circondario di Rosignano e databile tra il 1835 ed il 1836, è possibile leggere la descrizione sommaria di alcune parti che componevano l'insieme degli arredi della chiesa e che oggi sono scomparsi. Anche il pulpito era sulla sinistra che ha il suo accesso dalla canonica mentre l'organo era nel muro di settentrione che forma la facciata (...) di dove si accede mediante una scala esterna posta a levante. La chiesa doveva avere un aspetto interno molto diverso dall'attuale visto che il coro, l'altare maggiore ed il presbiterio eran coperti da una volta alla volterrana fatta di recente. In un'altra descrizione del 10 giugno del 1836 si legge infatti: (...) sul lato della facciata e per quanto esso è lungo vi è l'orchestra con piano e parapetti in legname sorretta da numero due pilastri parimenti di legno. Si ha accesso a questa orchestra dalla parte esterna e sul lato di levante. Lo stato di conservazione dell'insieme era giudicato in "cattive condizioni" tanto che si progettava di rifarlo in muratura e legname. Oltre alla posizione del pulpito, in questa relazione viene descritto anche il pavimento della chiesa che era realizzato in mattoni "molto consunti ". Sicuramente è proprio l'ambiente interno quello che ha subito maggiormente i danni provocati dagli ultimi eventi bellici. I successivi lavori di ricostruzione, realizzati forse con scarsa disponibilità economica alla fine degli anni '50, non hanno conservato alcune caratteristiche finiture dell'ambiente originario, come ad esempio il rifacimento della pavimentazione realizzata con mattonelle di clinker rosso.  (Da:"Guida ai beni storici e artistici Rosignano Marittimo" - a cura della Prov. di Livorno)
Foto 2 - L'altare maggiore è alla romana ed è stato assai rimaneggiato. Sulla parete absidale è posto un crocifisso in gesso del secolo XIX, detto " nero" a causa del suo colore e proveniente dalla nuova chiesa dei SS. Giovanni Battista ed Ilario.
Foto 4 - A metà lunghezza dell'aula sono inseriti due altari laterali a muro risalenti al secolo XVIII fra loro contrapposti, ciascuno dei quali è corredato da due colonne di ordine composito. Nel 1835 le colonne degli altari erano descritte come "di cattiva forma" e con ai lati due pilastri.
Foto 7 - Alla sinistra dell'altare maggiore è posta una lapide commemorativa in marmo bianco del secolo XVIII di forma rettangolare. La lapide, in pessimo stato di conservazione, ha una iscrizione latina in lettere capitali, solo parzialmente leggibile:
D.O.M./ (.. .)LORECIO IN EQUIS DUCI MULTOS AN / NOS IN MUNG (...) ET CONTRA (...) SI/(...) / REGIA CLISITUDIN COSMI III ROSIGNANI / EODEM MUNERE IN (...)/ UIS KALENDIS IANUARII A(NN)0 MDCCXIII AE / TATIS LXIII VIRO ORNATISSIMO OMNI UIR / TUTUM CENERI (...) PO IN ALUUM PERMAN / NSURUM / MONUMENTUM RELIGIOSA HAC IN / HUMO IHUSEPI P.E D. D. O TUMULO A IOSE / PHO BIASINIO IV D. ET PLEBANO ECCLE / SIE AMICISSIMO, ET SACRA AC / NATIONE IUNCTO MESTISSIME ATTOLLITUR
E' incisa su una lapide sepolcrale 'monumento che rimarrà' (permansurum monumentum) innalzata (attollitur) presso la tomba (tumulo) di un prete, amico del pievano Giuseppe Biagini che si dice legato a lui da 'sacra agnatione' (parentela sacra) La posizione dell'iscrizione vicino all'altare conferma essere quella di un religioso perché l'altare era in genere un luogo di sepoltura riservato ai sacerdoti. Questa persona 'uomo ornatissimo di ogni virtù' (viro ornatissimo omni virtutum), il cui nome e le vicende sono scritte nella prima parte dell'iscrizione - la più rovinata -, morì a 63 anni verso le calende di gennaio 1713 (il 1 gennaio). Il nome purtroppo non è decifrabile e nemmeno le vicende. (Traduzione cortesemente eseguita da Paola Ircani Menichini)