Architektura Kościół jest orientowaną, murowaną i tynkowaną budowlą, łączącą elementy gotyckie i barokowe. Prezbiterium jest dwuprzęsłowe, zamknięte wielobocznie i nakryte sklepieniem krzyżowo-żebrowym, natomiast korpus ma układ trójnawowy z wbudowaną wieżą. Całość przykryta jest wspólnym dachem. Świątynię otacza wysoki mur z basztami, a od strony dziedzińca znajdują się krużganki, pełniące niegdyś funkcję schronienia dla pielgrzymów i ludności.
Wnętrze świątyni zdobią polichromie oraz wyposażenie barokowe i późniejsze, w tym ołtarz główny z XVIII wieku, ołtarze boczne, ambona i prospekt organowy.
Sanktuarium Matki Bożej Bolesnej Kościół w Starym Wielisławiu jest ważnym ośrodkiem kultu maryjnego, związanym z czczoną figurą Matki Bożej Bolesnej. Według tradycji rzeźba została wykonana przez miejscowego rzemieślnika, któremu Maryja miała objawić się w takiej właśnie postaci. Przedstawia ona Madonnę o złożonych dłoniach, z sercem przebitym mieczem, na tle symboli Męki Pańskiej.
Figura umieszczona jest w ołtarzu głównym i od wieków otaczana jest czcią wiernych. W prezbiterium znajdują się liczne wota, z których najstarsze pochodzą z XVII wieku.