La actual iglesia de Santa Cruz es la heredera del histórico templo homónimo de la plaza de la Provincia demolido en 1869 por amenazar ruina. Se decidió entonces trasladar la parroquia al vecino convento dominico de Santo Tomás de la calle Atocha, que desde la Desamortización de Mendizábal de 1836 había tenido diversos usos relacionados con la Milicia; pero sólo tres años más tarde un incendio destruyó la nueva sede, que tras un infructuoso intento de reconstrucción –ejecutado por Federico Aparici en un sorprendente estilo neorrománico- también fue declarada en ruina, derribándose entre 1876 y 1888; por lo que la parroquia tuvo que trasladarse temporalmente a la iglesia del Carmen mientras se levantaba un nuevo templo en el solar del desaparecido siguiendo los planos trazados en 1888 por el arquitecto diocesano Francisco de Cubas –marqués de Cubas-, emprendiéndose las obras al año siguiente, aunque los trabajos avanzaron lentamente por falta de fondos, interrumpiéndose entre 1896 y 1899 hasta que Miguel de Olabarría –con la ayuda de Ricardo Guereta y Juan Moya Idígoras- se hizo cargo de los mismos tras el fallecimiento de Cubas, culminándolos en 1902 según el proyecto original, seguido fielmente con la única renuncia al elevado chapitel empizarrado que debía rematar la torre original. Esta torre –de 60 m de altura- es precisamente el elemento más característico de la fachada, sin duda en referencia a la famosa de la antigua iglesia conocida como la “Atalaya de la Corte”, y está ejecutada íntegramente en ladrillo visto con sobria decoración neomudéjar, a excepción de la portada neogótica de sillería caliza de Colmenar, con triple arquivolta apuntada que rodea el tímpano labrado por Aniceto Marinas con un bajorrelieve de La exaltación de la Santa Cruz bajo un apuntado gablete que alcanza al rosetón central, ejecutado igualmente en sillería, al igual que los marcos de los vanos laterales y los matacanes que rematan la torre y le dan su característica silueta, que recuerda a las torres cívicas medievales italianas. El interior, de estilo neogótico, presenta planta de cruz latina de una sola nave, con cuatro tramos cubiertos por bóvedas de crucería simples, flanqueada a ambos lados por capillas comunicadas entre sí, sobre las que se abren grandes ventanales geminados. El transepto presenta los brazos cortados a media altura por bóvedas estrelladas rebajadas sosteniendo amplias tribunas, mientras que el crucero se cierra con un alto cimborrio octogonal sostenido sobre trompas; y la cabecera ofrece planta pentagonal. En el momento de su inauguración el templo sólo tenía amuebladas cinco capillas con altares neogóticos ejecutados por los talleres de Suárez, Gómez y Rosado; encargándose el escultor Cipriano Folgueras de labrar los Sagrados Corazones del altar mayor, mientras que los ángeles del tabernáculo eran obra de Juan Vancell; José Alsina talló la Virgen de la capilla del Rosario y Manuel Alcázar pinto las tablas que la acompañaban, así como las del altar de la Purísima; mientras que José Juárez labro las figuras del púlpito, coronado por esbeltísimo tornavoz. Las vidrieras eran obra de José Maumejean, destacando la de los Desposorios de la Virgen y San José realizada según cartón del polifacético Arturo Mélida; y el órgano había sido fabricado expresamente en París por la Casa Cavaillé-Coll.
Por desgracia, incluso este escaso ajuar litúrgico se perdió en la Guerra Civil (1936-1939), teniendo que ser renovado con obras industriales de calidad relativa, entre las que destaca el retablo mayor de Emilio Tudanca inspirado en modelos burgaleses, con pinturas de Escolá Sabaté. También se conservan algunas piezas históricas como un San Antonio de Padua y un San Juan Evangelista anónimos del siglo XVII, una Inmaculada Concepción de Alonso del Arco del último tercio de ese siglo, y una Aparición de la Virgen a San Vicente Ferrer pintada por Bernardo Martínez del Barranco en 1776, probable superviviente del convento de Santo Tomás. En 2014 se rehabilitó además el órgano original, que ha quedado instalado en la tribuna del Evangelio.
