Die von außen eher unauffällige neue Klosterkirche war das letzte architektonische Unternehmen des Konvents in den Jahren 1772 bis 1783. Ihre nicht vollendete Fassade blieb unverputzt, die beiden Turmstümpfe wirken wehrhaft und keinesfalls lädt ein ursprünglich vom Baumeister Johann Georg Specht beabsichtigter festlicher Außenraum in den aufwändig geschmückten Innenraum der Kirche ein. Kennzeichnend für den Grundriss ist die Verbindung von Langhaus und Querhaus in einer dominanten zentralen Raummitte.
Der barocke Überschwang, der die zu Beginn des großen Neubauvorhabens erbauten Gebäude des Wiblinger Klosters ausgezeichnet hatte, ist in der Kirche nicht mehr zu finden. Der sakrale Innenraum ist schon dem Frühklassizismus verpflichtet. Der Hofmaler Januarius Zick leitete die "Bau-und Verzierungsarbeiten" verschiedener Künstler und gestaltete die Wände und Architekturglieder in weiß und setzte goldene Akzente.
In der Chorapsis, dem Mönchschor, der Vierung und dem Langhaus wird die lokale Bildtradition des Partikels des Heiligen Kreuzes in verschiedenen Darstellungen variiert. Der grandiose Raumeindruck des Sakralraums mit seinen zweigeschossigen Fensterreihen, der umlaufenden Galerie und der einheitlichen Ausgestaltung des Kircheninneren machen aus der Wiblinger Klosterkirche ein Gesamtkunstwerk, das den Übergang vom Spätbarock zum Klassizismus repräsentiert.
Mit der Säkularisation ging das inzwischen durch die Koalitionskriege schwer belastete Kloster in den Besitz des Königreichs Württemberg über. Der Konvent wurde aufgesplittert, alle beweglichen Güter annektiert, die wertvollsten Bestände aus Bibliothek, Archiv, Münz- und Naturaliensammlung nach Stuttgart gebracht und vieles verkauft. In der folgenden Zeit diente das ehemalige Kloster als Herzogsresidenz, Kaserne, Sitz staatlicher Ämter und Universitätsbibliothek. Nach einer Restaurierungsphase von 1949-1971 informiert seit dem 900-jährigen Gründungsjubiläum 1993 eine Dauerausstellung über die wechselhafte Geschichte des Benediktinerklosters.