Soltanto nel 1573 la figlia, donna Costanza Piccolomini, ottenne la dispensa papale da Gregorio XIII per la realizzazione della chiesa e dell'annesso convento dei Carmelitani, a causa della forte opposizione dei Frati Conventuali della vicina Chiesa di San Francesco, situata sempre nei pressi di Piazza IV Novembre, nel centro del paese.
La facciata della Chiesa della Madonna del Carmine è in stile barocco, coronata da timpano e delimitata lateralmente da due lesene. Il portale architravato a timpano spezzato è affiancato da nicchioni laterali contenenti le statue in gesso di due Santi Carmelitani (San Simone Stok e Sant'Alberto), mentre la grande finestra centrale barocca è sovrastata da una cornice aggettante a "cappello di gendarme". 
L'interno barocco con pianta a croce latina, coperta con volta a botte incannicciata e affrescata che termina con abside rettangolare, è costituito da quattro cappelle laterali e sei altari che fu sottoposto ad un radicale rifacimento nel 1761 ad opera degli architetti Giacomo Simonetti e Cristofaro Donati di Costanzo della Diocesi di Como, mentre nel 1970 furono rifatte le tinteggiature delle pareti e volte, ed anche il pavimento in marmo levigato. 
Le cappelle e relativi altari sono dedicate a S. Alberto, a S. Liborio, al Beato Angelo Agostin Mezzinchi (carmelitano), a S. Giuseppe ed a S. Teresa. Nell’interno, sopra l’ingresso, su una cantoria che si affaccia sulla navata, è presente il pregiato Organo di Emilio Mampieri del 1839.
Il transetto è coperto con volta a botte e cupola centrale. La struttura in muratura di pietrame sulla quale poggia il tetto costituito da capriate lignee. La copertura a tetto: a due falde nella navata e poligonale nella cupola sono rivestiti con tegole in laterizio.
Un piccolo campanile a vela è ubicato nel lato sinistro in prossimità del transetto.
Il convento, adibito oggi ad uso abitativo, venne in passato utilizzato come municipio e in seguito come carcere.
Dal 1761 al 1906 la chiesa fu sottoposta negli anni a vari restauri.
Dal 1915 al 1932, in seguito al grave sisma che colpì Celano nel 1915, la chiesa subì notevoli danni e venne ristrutturata completamente.
Nel 1996 sono stati eseguiti i lavori per il rifacimento del manto di copertura.
Nel 2009, in seguito al sisma del 06/04/2009, la chiesa è stata chiusa al culto per inagibilità.
Tra il 2011 ed il 2014 sono stati eseguiti i lavori di consolidamento della facciata principale, della vela del campanile, dell'arco di volta e di una capriata lignea. Il rifacimento delle pavimentazioni, della tinteggiatura interna e dell'impianto elettrico ed illuminotecnico. Infine è stato fatto anche l'adeguamento liturgico.
I lavori terminano nella prima metà del 2015 e nel luglio successivo con una solenne cerimonia la chiesa della Madonna del Carmine riapre i battenti e viene restituita ai celanesi.
La chiesa Madonna del Carmine oltre ad essere un luogo di culto è ormai un prezioso bene storico di Celano, che la rendono una delle strutture religiose più belle della Marsica e maggiormente considerata sul lato turistico dagli anni 2000 con le tante iniziative culturali che vengono organizzate.