La iglesia de San Paulino de Barbate posee planta de cruz latina, si bien el ábside, que es poligonal, y los brazos del crucero presentan un escaso desarrollo. En sentido longitudinal la recorre una sola nave con bóveda de cañón reforzada mediante arcos fajones que descargan su peso en pilastras. En sentido transversal, es decir, en el crucero, sucede otro tanto de lo mismo, aunque su ya mencionado escaso desarrollo no hace necesaria la utilización de arcos fajones. Cabe señalar que una imposta revela la línea divisoria entre el muro y la bóveda. En la intersección de ambas naves se observa una cúpula, nervada y con óculos, levantada sobre cuatro arcos torales a través de pechinas.
Centrándonos en el exterior, destacaremos que las naves se cubrieron con techumbres a dos aguas de tejas curvas, sin embargo, a comienzos de la década de los setenta del pasado siglo, hubo de sustituirse en la nave principal este tipo de cubierta por otra plana. Sobre el crucero, y cubriendo la cúpula, se eleva una torre de forma cuadrangular cuya cubierta a cuatro aguas está coronada por una linterna, rematada a su vez por una cupulilla revestida de azulejos azules. Y adosado a la fachada principal se encuentra el campanario, que está compuesto de torre de planta cuadrangular, campanario de forma octogonal y cúpula revestida de azulejos blancos y azules.
El conjunto es de una gran austeridad y sencillez, apreciables tanto en el interior como en el exterior. En ello influyen el acabado de los paramentos, lisos y encalados, la escasez y reducido tamaño de los vanos, y la insignificante presencia de elementos decorativos. Buen ejemplo de tales características da la fachada principal, con su gran puerta sin ningún tipo de detalle ornamental, su pequeño rosetón y su hornacina vacía.
Añadir que en torno al templo encontramos arias dependencias parroquiales como son sacristía, despacho de párroco, archivo, aula para catequesis, vivienda, etc. Para levantar esta última, a finales de los setenta del siglo pasado, tuvo que derribarse un pequeño baptisterio situado junto al lado derecho de la fachada principal.
Del interior de la iglesia vamos a señalar aquellos elementos que, a nuestro juicio, merecen atención. En primer lugar, cinco grandes óleos de pintor italiano Ciro de Michele, realizados entre 1954 y 1958, que reflejan escenas marineras del Evangelio. En segundo lugar, las seis vidrieras donde están representados la Virgen del Carmen, San Paulino, La Virgen de Pilar, la Virgen de la Oliva, San José y la Inmaculada Concepción, y rosetón, con las insignias carmelitanas. En el tercer lugar, la capilla de Nuestro Padre Jesús Nazareno, en la que están expuestas al culto la imágenes de Nº. P. Jesús Nazareno (Vicente Tena, 1927), María Santísima de los Dolores (Miguel Láinez Capote, 1941) y San Juan Evangelista (Juan Abascal Fuentes, 1975). En cuarto lugar, la capilla del Cristo de Medinaceli, en la que vemos las tallas de Nº. P. Jesús Cautivo y Rescatado (Miguel Láinez Capote, 1950) y María Santísima de la Trinidad (Fernando Buiza, 197?). En quinto lugar, el sencillo retablo de madera, de embero y limoncillo principalmente, que preside el presbiterio, diseñado por la empresa ÇSantarrufina en 1973. En él observamos las imágenes de Santísimo Cristo del Amor (Enrique Casterá, 1965), San Paulino (Francisco de P. Gomara, 1944) y la Virgen del Carmen (Eduardo Espinosa, 1938). En sexto lugar, dos imágenes de ángeles ubicadas en el sagrario, atribuidas a “La Roldana” y fechadas entre 1686 y 1689. Y en séptimo lugar, la talla de cristo crucificado situado en la sacristía, que fue traída a principios del siglo XX de Vejer y cuyo autor se desconoce, así como su datación, aunque por sus características pueda fecharse en los siglos XVI O XVII.