Projetada pelo Mestre Mateus Fernandes, um dos arquitetos responsáveis pelas «capelas imperfeitas» do Mosteiro da Batalha, a igreja data do início do século XVI e destaca-se pelo facto de a sua capela-mor ter sido construída sobre uma das fontes termais.
O templo é de nave única coberta por abóbada de artesões. A capela-mor com abóbada de nervuras, separada por arco triunfal policêntrico, imitando efeitos acortinados, encimado por escudo régio e tríptico de pintura quinhentista sobre madeira figurando episódios da Paixão de Cristo.
Possui um retábulo marmóreo de colunas clássicas, duas esculturas da Anunciação e acesso à sacristia (coroada exteriormente pela torre sineira com arcos geminados encimados por relógio), por intermédio de porta ricamente decorada.
Quanto às paredes, tanto da nave, como da capela-mor, apresentam-se cobertas, na totalidade, por painéis azulejares seiscentistas, de padrão geométrico amarelo e azul, contrariamente aos frontais de azulejos quinhentistas dos retábulos de talha dourada dos altares colaterais.
No interior merece ainda destaque a pia baptismal, de planta octogonal, em forma de cálice e profusamente rendilhada, atribuída aos escultores da pia da Sé Velha de Coimbra.
Embora de dimensões reduzidas, a Igreja de Nossa Senhora do Pópulo destaca-se pela combinação de estilos que apresenta, sendo considerada um dos primeiros edifícios a revelar traços do estilo manuelino e pela riqueza de detalhes, tanto no interior como no exterior.
Entretanto, parte significativa do tesouro da igreja, nomeadamente no que às pratas se refere, foram entregues à “Casa da Moeda” em 1808, até que, em 1853, um incêndio de enormes proporções atingiu a área hospital e a própria igreja, obrigando ao seu encerramento temporário, uma situação que seria agravada passados apenas cinco anos devido a um tremor de terra.
A relevância atribuída por estetas e investigadores portugueses de oitocentos formalizou-se em 1910, com a sua inclusão na primeira lista de edifícios antigos a classificar como “monumentos nacionais”.
