El conjunto monacal se divide en dos zonas principales: la iglesia y el convento, este último compuesto por el claustro, el huerto y el compás. Estas áreas se integran en un edificio de planta trapezoidal irregular, diseñado para satisfacer las necesidades de la vida monástica. El monasterio tiene varias alas separadas por un patio central, incluyendo la capilla, las celdas, el huerto y la zona del albergue. Aunque fue dañado por el terremoto de 1884 y aún muestra signos de esos daños, está siendo restaurado actualmente.
El Real Monasterio de Nuestra Señora de Gracia se compone de una serie de espacios y edificaciones esenciales para la vida monástica. La iglesia, situada en el costado sureste del conjunto, tiene una planta de cajón de una sola nave, cabecera poligonal y coro elevado, cerrado por celosías de madera. En los muros interiores, cuatro pares de columnas corintias soportan arcos fajones que dividen la nave en cuatro tramos con hornacinas. Una cornisa recorre el interior, desde donde parte la bóveda de cañón con arcos fajones. Los lunetos laterales presentan óculos ovalados con una rica decoración de yeserías.
El tramo antes del presbiterio, elevado respecto a la nave central, tiene una gran cúpula sobre pechinas con ventanas en su base y una intensa decoración de yeserías. El presbiterio, también elevado, tiene una bóveda de cuarto de esfera decorada con yeserías mixtilíneas y adornos de rocalla dorada. El retablo mayor, de época reciente, alberga en su camarín la imagen de la Virgen de Gracia, flanqueada por esculturas de San Francisco y Santa Clara. Desde el presbiterio se accede al camarín, una pequeña sala decorada con yeserías rococó.
La sacristía, situada en el lado del Evangelio, tiene planta cuadrada y está separada del presbiterio por una rica puerta de madera tallada con el escudo de la orden franciscana. El coro, ubicado a los pies del templo, está cerrado por celosías de madera y decorado con hornacinas que albergan esculturas.
La zona conventual se organiza en torno al claustro, que presenta una planta rectangular con galerías cubiertas en dos pisos. Los lados mayores tienen ocho arcos y los menores cinco. Las galerías del primer piso tienen arcos de medio punto sobre pilares octogonales, mientras que las del segundo piso tienen arcos rebajados sobre esbeltas columnas. El espacio interior del claustro tiene dos fuentes: una central con un pilón octogonal y otra semicircular con mascarones de león.
El convento también incluye una pintura mural de Jesús Nazareno, una escalera imperial decorada con azulejos, y un refectorio con una armadura de madera. Las antiguas celdas de las monjas están en las crujías suroeste y noroeste, y varias dependencias tienen armaduras de madera. Desde una de las dependencias orientales se accede al coro de la iglesia.
Una escalera en la azotea da acceso al campanario, que también funciona como mirador. La torre-mirador tiene forma cuadrada, cubierta a cuatro aguas y con ventanas adinteladas cerradas por celosías.
El huerto del convento, al noroeste, es un espacio abierto con una alberca cuadrada en el centro cubierta por un emparrado. Exteriormente, el convento tiene tres fachadas. La principal, en la calle Félix Lomas, incluye una portada con una triple arcada de medio punto, una cornisa con un frontoncillo curvo y una hornacina. Desde esta fachada se accede al atrio, cubierto por una bóveda semiesférica. La puerta de acceso al compás tiene un arco de medio punto flanqueado por pilastras y coronado por un frontón curvo.