둔율동 성당은 바실리카식 건물로, 첨탑과 장미창 등으로 장식되어 있다. 벽체는 1960년 신도들에 의해 슬러지 벽돌에서 시멘트 몰탈로 변형되었으며 창호 또한 후대에 변형되었다. 성당 내부는 현재 하나의 개방 공간으로 기둥과 장식들을 다 없앤 형태이다. 제단 아래 반지하 사제관이 특징이며 인테리어의 변형과 보수가 있었지만 지붕구조는 처음의 트러스 구조를 유지하고 있다.
둔율동 성당은 완만한 구릉지 위에 자리 잡고 있으며 전체적으로 一자 형태의 바실리카식 형식으로 건축되었다. 정면 중앙부에는 첨탑을 높이 세웠으며 상부에는 반원아치의 창호, 하부에는 장미창을 설치하였고 출입구 상부에는 반원아치로 장식하였다. 또한, 첨탑 상부에는 동판을 얹은 종탑부가 있으며 그 아래에는 8개의 갤러리 아치를 두었다. 성당의 벽체는 시멘트 몰탈로 치장되어 있으나 이는 1960년 외벽 마감공사를 통해 변경된 것이며, 본래는 인근 장항제철소에서 생산된 슬러지 벽돌(내화벽돌) 이었다. 관계자에 따르면 당시 신도들이 슬러지 벽돌의 색상이 미관을 저해한다고 생각되어 그 위를 시멘트 몰탈로 치장하였다고 하는데 실제로 일부 벽체에서는 과거 벽돌의 흔적을 살펴볼 수 있다. 또한, 전․후․좌․우벽면에 설치된 첨두아치의 창호 역시 본래의 모습과는 다소 상이한 것으로 보인다. 성당 내부의 예배공간은 네이브, 아일 구별 없이 하나의 개방된 공간으로 구성되어 있으나 최초 건립 당시에는 입구부분에 2개의 기둥을 세우고 그 위에 2층 발코니를 설치하였다고 한다. 또한, 제단 뒤쪽 벽면에는 3개의 반원아치와 이를 받치는 기둥을 돌출시켜 장식하였으나1971년 내부 수리 과정에서 모두 제거하고 현재와 같이 치장벽돌로 마감하였다. 성당이 완만한 구릉지 위에 자리 잡고 있는 지형을 이용하여 제단 하부에 반지하층을 두어 사제관으로 사용하고 있는 것이 특이하다고 할 수 있다. 이밖에 내부 바닥은 나무 바닥에서 인조석 물갈기로 교체되었고 천정 역시 평천장에서 현재와 같이 좌,우 양측을 2회 굴절한 형태로 바뀌었으나 지붕구조는 당초 트러스 구조를 그대로 유지하고 있다. 이후, 성당 및 종탑 지붕 동판 교체, 방수공사 등 크고 작은 보수공사를 거쳐 현재에 이르고 있다.