La descripción arquitectónica del templo es de una sola nave, orientada de poniente a oriente. En el espacio interior, los tres primeros tramos están cubiertos por bóveda de cañón corrido, dividido por arcos fajones que se apoyan en pilastras que se ligan entre si por un sencillo entablamento.
En el primer tramo están el coro y sotocoro ligeramente anticipados al primer arco fajón. El sotocoro, está cubierto por una bóveda que descansa en un arco de medio punto de perfil rebajado, soportado por impostas que se empotran directamente en el muro.
El presbiterio cubierto por una bóveda vaída de perfil escarzano que remata en una linternilla, este espacio se reduce en comparación con la nave, se encuentra enmarcado por un arco de medio punto que disimula esta característica.
El pueblo de Sto. Tomás Xochimilco fue fundado por los mexicas que en número de 4000 llegaron con los españoles alrededor de 1521.
No se sabe cuando ocurrió la erección del templo, pero es muy probable que desde su fundación, haya contado con una sencilla edificación que sirviera para la evangelización.
