De la primitiva ermita de San Sebastián apenas si tenemos datos sobre sus características arquitectónicas. Sí en cambio conocemos cómo era esta tras la reforma realizada en ella, en 1884, por el arquitecto, Isaac Rodríguez Avial.

El interior de la ermita, como podemos apreciar en el plano adjunto, presentaba una planta rectangular de tres naves, separadas por dos filas de cinco pilastras; la puerta de entrada al templo daba a la actual calle de San Sebastián. Tanto en las naves del evangelio como de la epístola nos encontramos con diversos altares, cuya advocación desconocemos; en cuanto a la nave central, y en el presbiterio, había un altar y un retablo del que sabemos que tenía columnas de mármol y, en su centro, un cuadro (posiblemente de San Sebastián).

Fue en su exterior, sin embargo, donde se llevaron a cabo las reformas más importantes y donde actuó con una mayor pretensión arquitectónica; éstas consistieron en la edificación de dos torres de catorce metros de altura cada una, coronadas con dos pequeñas cúpulas, con sendas cruces; la idea del arquitecto, como él mismo indicaba en el proyecto, era la de volver a restablecer la simetría existente con anterioridad. Los materiales utilizados en esta obra fueron el ladrillo y el yeso, para su posterior revoco; en cuanto a los relieves de los adornos, utilizó el yeso procedente de Vallecas y Fuencemillán; completaría la obra pintándolo todo al óleo. Debemos de suponer, ateniéndonos al informe facultativo del arquitecto municipal, Mariano Medranda, que lo que se pretendía no era otra cosa que la finalización de unas obras, las de la fachada, que se encontraban incompletas (posiblemente, desde hacía largo tiempo), mejorando su ornato público; por ello, deducimos que Rodríguez Avial seguiría las directrices estructurales de la antigua ermita y que ésta contase ya con dichas torres, limitándose el arquitecto a su reforma, en la que según apreciamos, en el plano, siguió los cánones clasicistas, ya que en ella predomina la línea recta.

La condesa no debió de quedar muy satisfecha con esta reforma, ya que pocos años después, en 1899, a través de su mayordomo, Enrique Figueras, encargaba una nueva remodelación del revoco y decorado tanto de la fachada de la ermita de San Sebastián, como la del propio palacio; en esta ocasión el elegido para llevar a cabo la obra fue el gran arquitecto burgalés, Ricardo Velázquez Bosco, quien por entonces figuraba como Arquitecto de la villa de Madrid. Aunque en la solicitud de licencia enviada al Ayuntamiento sólo se refiere de forma muy concreta a proceder al “revoco y decorado de las fachadas de su casa-palacio y capilla”, creemos que fue el momento en el que se llevaron a cabo todas las obras de remodelación que han llegado hasta nosotros.

Está claro que la reforma emprendida en la ermita de San Sebastián, en 1899, y su puesta de largo cuando en 1909 se abrían las puertas de este templo a sus vecinos, fue uno de los acontecimientos más importantes del momento para la ciudad. Fue en ese período de tiempo cuando se edificó la espléndida torre campanario, en sustitución de las dos torres anteriores remodeladas por Rodríguez Avial; torre que competirá en belleza y esbeltez con la vecina de Santa María. La imagen que los vecinos de Guadalajara pudieron ver, tanto de su fachada como de su puerta principal, en el momento de su inauguración, no difiere mucho de la que podemos apreciar en la fotografía que nos legó Camarillo, realizada a mediados de los años veinte o treinta; en ella observamos que, junto a todo el ornamento arquitectónico, al que luego nos referiremos, aparece una magnífica reja que adornaba su puerta de entrada.

El nuevo estilo de la antigua ermita y su apertura al público significó todo un acontecimiento social para la ciudad de Guadalajara; su inauguración, que tuvo lugar el día de la festividad de la Virgen de Lourdes, 11 de febrero de 1909, fue vivida con gran intensidad y emoción por todos los vecinos, ya que ese día se abría el templo al culto y se convertía, según el redactor de Flores y Abejas, en “uno de los más bonitos de la población”. Los actos celebrados por tal motivo fueron muy destacados, según recoge la prensa local; de ellos destacamos la interpretación musical de la misa de Rossi, a cargo de un sexteto dirigido por Castelló y cantada por los señores Rodríguez, Martín y Calvo. El sermón corrió a cargo del Provincial de la orden de San Francisco, el padre Casanova.

Su inauguración supuso, asimismo, que esta ermita pasase a funcionar como iglesia, donde diariamente se decía una misa, a la que podían acudir los vecinos de Guadalajara.

Entre las modificaciones más significativas llevadas a cabo en ella, destacamos la eliminación de sus dos torres, sustituidas por una única torre, más alta y esbelta; así como su portada y fachada principales. En lo que respecta a su torre, presenta diferentes elementos que la encuadran dentro de lo que se ha denominado como movimiento ecléctico o historicista; ésta, proyectada sobre su fachada, se halla conformada por dos cuerpos de grandes ventanales en sus cuatro caras; y, en cada una de ellas, unas ventanas geminadas, separadas por un pilar o parteluz, muy del gusto de la arquitectura medieval, con capiteles corintios. Los arcos utilizados en todas ellas son de medio punto. Entre ambos cuerpos, se encuentra otro más pequeño y compacto en el que aparece el mismo tipo de ventanas, en esta ocasión, ciegas. Todo ello sobre unas cornisas salientes que recorren toda la torre de lado a lado; por fin, y en lo más alto, se encuentra coronada por un espléndido y decorativo chapitel piramidal, con un cuerpo en medio con arcos de medio punto. Toda la torre se encuentra adornada con mascarones, jarrones y motivos florales.

Su portada, asimismo, experimentó cambios muy significativos, ya que fue modificada totalmente. En la nueva desaparece la línea recta y el frontón, sustituidos, ahora, por un magnífico arco de medio punto, que enmarca un bajorrelieve sobre el martirio de San Sebastián, que Baldellou, atribuye a García Díez, autor del mausoleo del Panteón familiar de la condesa de la Vega del Pozo. El clasicismo inicial en el que se encuentra enmarcada, se convierte en manierista a medida que nos alejamos de su eje. “Las volutas invertidas de los capiteles intermedios, los capiteles en voladizo sin columna y el adorno inferior de las columnas superiores (…), así como el movimiento.