L'église de style Renaissance, en forme de croix latine, comporte un chevet arrondi et un clocher-porche en façade, précédé d'un fronton triangulaire en granit. La coupole qui s'élève à la croisée des transepts est surmontée d'un lanterneau. En 1820, dans une lettre écrite au ministre de l'Intérieur, la municipalité avait argumenté pour la construction de cette église en avançant que « les jeunes gens sont obligés de fréquenter les auberges du chef lieu, et ils y trouvent des écueils pour la sobriété et souvent y puisent les germes du libertinage ». Elle est construite de 1832 à 1846 par l'abbé Aubrée, nommé recteur de Sainte-Anne à l'âge de 29 ans, sur des plans établis en 1829 par Louis Richelot. Une lettre du garde des Sceaux, ministre des Cultes, en date du 24 juillet 1844, juge l'entreprise gigantesque et hors de proportion avec les besoins de la section de Sainte-Anne.
La partie terminale du clocher est refaite en 1958 ; elle remplace l'ancien dôme, séparé par un belvédère qui servait, pendant la Seconde Guerre mondiale, de point d'observation aux Allemands.
Les trois vitraux du chevet, qui représentent sainte Anne dans des attitudes légèrement différentes, s'organisent comme un triptyque. Ils ont été offerts, tout comme certains des chapelles latérales du transept, par l'abbé Lemmonier, recteur de la paroisse de 1871 à 1900. Les six vitraux de la nef, représentant des scènes de la vie du Christ, ont été offerts par diverses familles ou groupes de paroissiens. Le vitrail ouest de la chapelle latérale gauche, daté de 1933, est signé Bazin, maître verrier à Nantes.
Ce maître-autel est surmonté d'un baldaquin à quatre colonnes cannelées et chapiteaux corinthiens. L'autel, en forme de tombeau, est de style Empire. Les deux autres autels dressés avant 1854 ont probablement été exécutés par Langlois, architecte diocésain successeur de Richelot.
