El nuevo templo se concibió como un edificio de proporciones catedralicias, una obra costosa tanto económica como de tiempo. La iglesia se comenzo en el estilo gótico tardío y continúa con el estilo renacentista que podemos observar en el segundo y tercer cuerpo. Destaca su portada occidental que se abre a la plaza de Ramón y Cajal por sus formas muy esbeltas. Las fachadas norte y sur son renacentistas de estilo Vandelvira. La fachada sur o del sol es una de las más bellas de la provincia de Albacete por su composición, trazado y ejecución.

A principios del siglo XVIII se construye el gran retablo gracias a las donaciones de un villarrobledense ilustre, Fray Diego Morcillo Rubio de Auñón, Virrey de Perú.

Cuando los Reyes Católicos concedieron el privilegio de villazgo al pueblo, sus habitantes iniciaron la construcción de su Casa Consistorial. La fachada, de estilo renacentista, con doble arquería de seis vanos y órdenes arquitectónicos superpuestos, dórico abajo y jónico arriba, queda enmarcada con dos machones: uno, en la esquina izquierda, muestra el escudo local; el otro, del reloj municipal, rematado con un ático con pirámides herrerianas. El interior de la Casa Consistorial acoge un hermoso claustro de piedra, recientemente recuperado por el conocido arquitecto José María Pérez "Peridis", consiguiendo un perfecto equilibrio entre funcionalidad y tradición. La casa más antigua de la ciudad, de la familia López Muñoz cierra la Plaza Vieja por su parte sur. En ella estuvieron instalados los monjes de la Orden de Santo Domingo, que ejercieron el Santo Oficio de la Inquisición.
  
Otros edificios religiosos reseñables de la ciudad son la iglesia de San Sebastián, los conventos de clausura femeninos: el cisterciense de San Bernardo y el de las Clarisas (convento de Santa Clara) y, sobre todo, el santuario de Nuestra Señora de la Caridad, patrona de Villarrobledo, con curiosos tesoros.