El Templo de Santo Domingo se encuentra ubicado entre los jirones 9 de Diciembre y Bellido. Su construcción data del periodo colonial en los siglos XVI y XVII, conocido como el tercer templo más antiguo de la ciudad. Para su edificación se utilizaron piedras provenientes de la antigua Fortaleza Inca de Pucaray. Todo el templo está protegido por un enrejado metálico perimetral. Su acceso principal es un portón con arco de medio punto, flanqueado por pilastras de piedra adosadas al puntal de la puerta.  En el lado sur del templo existió un acceso auxiliar, actualmente tapiado, que se encuentra destaca una portada de excelente factura, donde resalta un cuerpo de alfiz con dos pilastras laterales y un vano con arco de medio punto, decorado con una arquivolta sobre la que se ha labrado una corona con un escudo bicéfalo.  La fachada del templo se completa con una cavidad ubicada sobre la portada principal, dos vanos de acceso al coro y un remate amurallado en el muro frontal. Este conjunto está flanqueado por dos torres de dos cuerpos, con base peraltada y campanario, coronadas por un cupulín sobre tambor. En la parte delantera del templo se encuentra una galería. En el primer nivel, presenta una sencilla arquería con techo abovedado, compuesta por tres módulos que corresponden a igual número de arcos. En el segundo nivel, se observa una columnata de madera con cubierta del mismo material y tejas. El ingreso a la portería del convento se encuentra al lado izquierdo del atrio, a través de un vano rectangular cuyo dintel exhibe un escudo de la orden labrado en piedra en alto relieve. En este mismo frente al lado izquierdo, se levanta una hermosa espadaña en mampostería de ladrillo, compuesta por tres arcos sobre base de piedra, actualmente desprovista de sus campanas; la tradición popular sostiene que este fue el lugar de ahorcamiento de ajusticiados por la inquisición. En una esquina, separada del conjunto principal, se encuentra una columna coronada por una cruz. Esta, junto con la del templo de San Agustín, constituye uno de los únicos ejemplos de "columnas de suplicio" que aún se conservan en la ciudad, también vinculados por la tradición con el suplicio de los sentenciados por la inquisición. En el interior del templo destaca el Altar Mayor de estilo barroco, completamente dorado en pan de oro. Consta de dos cuerpos y tres calles que cubren todo el muro testero, en él cobija una escultura de la Virgen del Rosario y otras tallas  de valiosas esculturas, como San Juan Bautista y San Lucas.  Además, de otros altares de madera con mucha relevancia, como el de Santo Domingo, y entre los más visitados, el de la Dolorosa, que alberga la imagen del Señor del Santo Sepulcro. El púlpito, de base pentagonal, se encuentra en buen estado de conservación. La iglesia también alberga obras de arte pictórico, como las imágenes de Jesús Nazareno y la Virgen Dolorosa, traídas desde Quito en el siglo XVIII por Tomasa de la Fuente. Ella misma mandó realizar las esculturas de los apóstoles en tamaño natural que hoy adornan el Altar Mayor. A la izquierda del altar mayor, junto a la sacristía, se encuentra el Museo de Arte Religioso. Este espacio conserva hermosas piezas, como cuadros, “el santero” conocido como el primer retablo ayacuchano  , casullas, custodias, entre otros objetos litúrgicos de gran valor. Es posible subir al campanario, accediendo a través del coro alto. Desde la cima, se puede apreciar el paisaje que rodea al templo, así como las campanas. Sin embargo, lo que más llama la atención de los visitantes son los pináculos que adornan la estructura: están diseñados con formas que evocan piezas de ajedrez. Se pueden distinguir peones, torres y en el centro una figura que representa al rey, reconocible por la cruz que lo corona. En la parte más alta del campanario también se observan alfiles, caballos y la reina, completando así esta singular composición arquitectónica. 

Con R.D. Nº 707-INC, de fecha 06 de agosto de 2001, ha sido Declarado Monumento integrante del Patrimonio Cultural de la Nación.

Buen estado de conservación, periódicamente recibe mantenimiento externo e interno. Últimamente el techo de tejas de arcilla de la capilla abierta, esta siendo totalmente renovado.

Este templo cobra especial importancia durante las festividades religiosas de Semana Santa. El Viernes Santo, salen de allí las procesiones del Señor del Santo Sepulcro y la Virgen Dolorosa, organizadas por la hermandad y acompañadas por fieles vestidos de luto