Chrám sv. Ludmily tvoří výraznou dominantu Vinohrad. Dvě věže vysoké 60 metrů jsou jako dvě ruce sepjaté k modlitbě. Kostel je novogotická basilika – trojlodní s transeptem, tj. příčnou lodí ve tvaru kříže. Ve středu chrámu je sanctusová věžička (sanktusník). Kostel je vybudován je ve stylu ranné, severoněmecké gotiky.
Nad honosným schodištěm, tolik oblíbeným při četných svatbách, je hlavní portál (G). V jeho tympanonu je krásný reliéf od Josefa Václava Myslbeka, představující nahoře Boha Otce, Ducha sv. (holubice), uprostřed je žehnající Kristus se sv. Václavem a sv. Ludmilou po stranách. V bočních výklencích jsou sochy sv. Prokopa a sv. Vojtěcha od Fr. Hergestela a A. Procházky. Štíty příčné lodi jsou ozdobeny sochami sv. Vojtěcha, sv. Prokopa a sv. Cyrila a Metoděje od L. Šimka a B. Seelinga.
Po mohutném schodišti vcházíme hlavním vchodem do hlavní lidi dlouhé 50 metrů. Interiér kostela upoutává každého návštěvníka svou výzdobou. Malby a ornamenty na zdech jsou od J. Jobsta.
Fresky na zdech hlavní lodi a na stropě zachycují nejen řadu světců (např. sv. J. Nepomucký, bl. J. Sarkander, sv. Ivan, sv. Anežka, sv. Cyril a Metoděj, sv. Vít, Sv. Zikmund, Sv. VOjtěch, sv. Prokop, sv. Václav, Sv. Ludmila, čtyři evangelisté), ale i postavy ze Starého zákona (Izák, Abrahám, Jakub, Noe, Ezechiel, Izaiáš, Jeremiáš, Daniel).
Významnou část výzdoby tvoří vitráže – barevná okna s postavami světců (podle F. Mockera, F. Ženíška, F. Sequence, A. Liebschera, F. Urbana). Škoda, že dárci prosazovali svou vůli, a tak někteří svatí jsou vyobrazeni častěji. Nejzajímavější jsou velká okna v příčné lodi – mučednická smrt sv. Václava a sv. Ludmily. Některá okna byla za 2. světové války zničena při náletu, ale byla po válce dobře nahrazena novými.
Hlavní oltář (A) podle návrhu arch. Turka, cizelovaný Houdkem, je zdoben drahokamy a polodrahokamy. Jeho výška je 16 m. Figurální výzdobu tvoří krucifix, medailon Boha Otce a socha sv. Ludmily (od Č. Vosmíka). Kolem oltáře je na zdi freska Devět obrazů ze života sv. Ludmily.
Boční oltář (C) vpravo socha sv. Cyrila a Metoděje s plastikou křtu sv. Ludmily a jejího manžela Bořivoje a schválením slovanské bohoslužby v Římě. Vlevo Panna Maria – sedí na trůně s Ježíškem v náručí a kolem jsou čeští patroni: sv. Ludmila, sv. Václav, sv. Vojtěch, sv. Prokop, sv. Anežka, sv. Jan Nepomucký (autory oltářní výzdoby jsou J. Kastner, Š. Zálešák, F. Lukavský).
Mramorový oltář – mensa (B) čelem k lidu, posvěcený 16. 9. 1992 a umístěný v optickém středu kostela podle požadavků 2. vatikánského koncilu, se stává po Nejsvětější svátosti oltářní ve svatostánku středem pozornosti věřících – je zde sloužena Nejsvětější oběť (mše sv.).
V postranních lodích při zdi můžeme rozjímat u keramických oltářů (D) – Pán Ježíš v Getsemanské zahradě a Pieta – o tajemství Kristovy lásky k nám a bolestech Panny Marie po smrti jediného Syna; před smrtí Pána Ježíše se stala Matkou Církve, Matkou nás všech hříšníků, kteří jsme vinni smrtí Pána Ježíše. Nejen prohlížet, ale i rozjímat o utrpení P. Ježíše můžeme také u čtrnácti obrazů křížové cesty, a tím čerpat sílu ke své životní křížové cestě.
Čtyři zpovědnice (E) – nádherná řezbářská práce – co vše by mohly vyprávět o tajemství Kristova milosrdenství k hříšníkům, když se prostřednictvím kněze odpouští těm, kdo se k Bohu vracejí třeba i po mnoha letech. U hlavního vchodu vpravo při pohledu od oltáře je na stěně plastika sv. Vojtěcha a sv. Ludmily.
Vlevo je kaple sv. Kříže (F), která o Velikonocích slouží jako Boží hrob a o Vánocích jsou v ní vystaveny jesličky.