El edificio del conjunto monástico que forman la iglesia y el convento de Pompeya, ocupa un solar triangular con un ángulo muy agudo, que obligó al arquitecto a adoptar soluciones poco comunes para este tipo de edificaciones; así, la iglesia constituye uno de los lados del triángulo, abriendo su testero en la Diagonal, mientras que el convento ocupa los otros dos lados y se abre al chaflán formando otro testero.
La iglesia, dedicada a la Virgen del Rosario, se inscribe dentro de la etapa modernista de Sagnier de inspiración neogótica. La fachada, también de estilo goticista, destaca por su verticalidad a la que contribuye la portada de acceso al templo. Este acceso principal está coronado con un gablete que tiene un relieve en el tímpano, obra de Josep Llimona. Es del mismo autor la imagen de San Francisco de Asís que se encuentra en la parte superior. El cuerpo central de la portada queda enmarcado por dos estructuras con forma de torres, que, en el interior, se corresponden con las naves laterales. De estos elementos, la que hace medianera con la finca vecina sólo llega a media altura, a diferencia de la otra que se desarrolla más en altura dando lugar al campanario de la iglesia, que enlaza con el convento.
El interior consta de tres naves separadas por esbeltas columnas de capitel vegetal y cubierta con envigado de madera policromada y dorada sobre arcadas ojivales. La nave central, más alta que las laterales, presenta una serie de aberturas que a modo de ojos de buey le dan luz. La cabecera es de planta hexagonal. La banda superior del testero se configura como un cuerpo de ventanas apuntadas con tracería y se cubre con una bóveda nervada. A los pies del templo se localiza el coro que presenta dos niveles. El inferior se configura a modo de pórtico por donde se entra en el templo y se cubre con un forjado con vigas de madera policromada y dorada que configura la base del piso superior donde se localiza el órgano.
En cuanto a la fachada del convento que da a la calle Riera de Sant Miquel y el chaflán con la Avenida Diagonal, es de ladrillo visto combinado con piedra y destaca por la robustez de los elementos constructivos que la conforman, especialmente las columnas de las aberturas. El acceso al convento se realiza a través de una puerta localizada en la esquina del edificio que, flanqueada por dos ventanas con dintel esculpido, queda enmarcada en su totalidad por un guardapolvo en forma de arco apuntado rebajado. Este primer cuerpo en altura del chaflán está realizado en piedra y se complementa con una galería de ventanas desarrolladas entre columnas. A partir de este nivel el paramento es de ladrillo, reservando la piedra para los ángulos, el enmarcado de las ventanas y el coronamiento de la fachada. En cuanto a las fachadas laterales, se mantiene la misma disposición de los materiales en función del nivel de altura, piedra en la planta baja y ladrillo en el resto. Destaca de éstas, la galería de ventanas de la planta baja, los dos pisos de ventanas de ladrillo con dintel de piedra y la solana desarrollada al nivel de buhardilla, así como los cuerpos de escalera, manifiestados en el exterior como volúmenes independientes, a modo de torreones.
