La primitiva Chiesa, edificata da Stefano Colonna, mentre era vescovo di Palestrina il Cardinale Giorgio Fieschi (1449-1453) era orientata verso il Nord e la porta maggiore a Sud; aveva l'altare maggiore con la Madonna del Carmine, quello di S. Antonio, di S. Nicolò di Bari e di S. Alberto. Vi erano tre sepolture, il reliquiario e l'organo ai lati del coro e dell'Altare Maggiore.
Circa nel 1570 il Priore P. Alberto dal Forno fece dipingere in Roma un nuovo quadro della Madonna del Carmine, che pose in una nicchia dorata e ne celebrò la festa il 16 luglio. Fece fare un nuovo coro e sacrestia, arricchì l'Altare di lampade di cristallo e tre confessionali nuovi, un calice d'argento e candeliere di ottone.
Nel 1620, P. Sebastiano Fantoni, Priore Generale dell’ordine e nativo di Palestrina, intraprese l'opera della costruzione di una nuova chiesa. La nuova chiesa di S. Antonio fu progettata da Orazio Turriani, per fare ciò venne demolita la primitiva chiesa e alcune case adiacenti, ed abbassarono il terreno al fine di adeguare il piano della chiesa con quello del convento.
Il tempio, ultimato sotto il Generalato del Canali, nel 1623, venne consacrato il primo settembre 1626 da mons. Cacucci, arcivescovo di Efesto, a ciò deputato dal Card. Domenico Ginnasi. La chiesa ha una sola navata a volta e sei cappelle laterali.
L'Altare Maggiore
L'altare maggiore si alza sino all'altezza del primo cornicione della chiesa. Nel mezzo della facciata è il quadro della Vergine del Carmelo del 1570, dipinta su legno, con ai lati angeli di bronzo dorato, il quadro dipinto su rame acquistato a Napoli da P. Fantoni è collocato della cappella feriale vicino la sagrestia. La facciata è tutta di marmo, proveniente dal tempio di Serapide dell'antica Praeneste, con due grosse colonne. Vi sono due busti in marmo bianco, uno del Salvatore e l'altro della Madonna. Nella parete di mezzogiorno è collocato il sepolcro del Fantoni, ed in quella opposta, dove originariamente era collocato il quadro di S. Maria Maddalena de Pazzi realizzato nell'anno della sua canonizzazione, il sepolcro del Carmelitano Antonio Marinari.
Le Cappelle laterali
Partendo dall'entrata della chiesa la prima cappella a destra, quella del battistero, racchiude tre dipinti: il centrale raffigura sant'Elia profeta; quello nella parete sinistra, San Vito martire, mentre l'Arcangelo Raffaele è collocato sulla parete di destra. La seconda cappella è dedicata a sant'Antonio Abate, titolare della Chiesa, e la pala dell'altare, raffigurante il santo, è stata eseguita nel 1688 da Bernardino Balduino. Nelle pareti laterali il dipinto di santa Maddalena de' Pazzi e di san Pier Tommaso, patriarca di Costantinopoli.
Conclude la serie di cappelle collocate a destra quella che reca la statua del Sacro Cuore di Gesù, ma originariamente era dedicata a San Nicola da Bari, San Biagio vescovo ed a San Guarino vescovo di Palestrina. Sono collocati sulle pareti laterali due dipinti; uno ritrae S. Simone Stock che riceve lo scapolare dalla Madonna, l'altro S. Alberto Avogadro di Gerusalemme, che dà la regola dell'Ordine a san Brocardo. Proseguendo a sinistra, la prima cappella vicino l'altare maggiore quella della Confraternita del Carmine.
Originariamente, la Cappella ospitava la statua dell'Addolorata, nel secondo dopoguerra la Confraternita deliberò di collocare la statua della Vergine del Carmine, precedentemente custodita nell'oratorio del sodalizio. La famiglia di Angela Fatello, in Lulli, abbelli la nicchia con un mosaico. Sull'altare è collocata la statua della Madonna del Carmine che viene portata in processione ogni anno, la domenica più vicina alla sua festa liturgica.
Sant'Alberto di Sicilia è il titolare della seconda cappella, ed è raffigurato sulla pala dell'altare. Sant'Avertano ed il Beato Franco da Siena, ambedue carmelitani, sono dipinti sulle pareti laterali della cappella. La cappella del Crocifisso conclude le cappelle di sinistra. Sull'altare è collocata una tela raffigurante Gesù in croce, e vi è esposta alla venerazione della popolazione una statua di san Pio da Pietrelcina. Alle pareti laterali le immagini di sant'Anna e di Santa Brigida.