En els anys 1880 i 1881 es dugueren a terme unes importants obres d’ampliació a l’església: es realitzà la nova capçalera i el creuer, amb una impressionant cúpula de base octogonal sobre trompes, que dibuixa un joc de nervadures en forma d’estrella.

La façana principal és austera, i la lateral presenta un alçat dividit en dos cossos. L’interior del temple està format per una sola nau amb creuer transversal, amb cinc capelles a cada costat, i la coberta és de volta de creueria. Presideix l’església la imatge gòtica de la Mare de Déu de Sineu, una de les denominades verges-sagrari, obra de Gabriel Mòger amb data de 1509.

La quarta capella de l’esquerra és la Capella Fonda. Està coberta per una cúpula central i conté l’impressionant retaule de la Mare de Déu del Roser, de 1672, amb pintures de Rafel Guitard.

El campanar fou construït el 1549, i està separat de l’església. Ambdós es comuniquen per un pas elevat i cobert que popularment s’anomena "el pontet de Santa Bàrbara". Sobre la seva planta quadrada s’aixequen 7 cossos separats per motllures que acaben en un coronament piramidal.

Davant de la rectoria pot admirar-se el monument a sant Marc, escultura de 1945 obra de Joan Maimó. El lleó, símbol de l’evangelista, apareix alat i amb l’escut de Sineu. És probable que el rei Jaume II transmetés la seva devoció pel sant als pagesos de Sineu, que resaven a sant Marc per demanar pluges per primavera. Amb el temps, el sant es convertí en patró del poble.