Nhà thờ được thiết kế theo hình bát giác. Công trình này là một sự kết hợp giữa các yếu tố La Mã, bao gồm mái vòm, khuôn cửa và các tháp bậc thang; cùng với các yếu tố Byzantine như chỗ đặt bàn thờ (apse) hình đa giác cùng với các trụ chống tỳ thời kỳ đầu. Nhà thờ này nổi tiếng là qua khảm Byzantine lớn nhất và được bảo tồn tốt nhất ở bên ngoài Constantinopolis. Nhà thờ này cực kỳ quan trọng trong nghệ thuật Byzantine, vì nó là nhà thờ lớn duy nhất từ ​​thời của Hoàng đế Justinianus I còn tồn tại hầu như nguyên vẹn cho đến ngày nay. Hơn nữa, nó được cho là phản ánh kiểu thiết kế phòng tiếp kiến trong cung điện Hoàng gia Đông La Mã, căn phòng mà ngày nay không có gì của còn sót lại. Tháp chuông của nhà thờ gồm có bốn chuông. Theo truyền thuyết, nhà thờ được dựng lên tại nơi Thánh Vitalis tử đạo.[6] Tuy nhiên, đã có một số nhầm lẫn về việc đây là Thánh Vitalis của Milan hay là một vị Thánh khác có cùng tên gọi là Thánh Vitale.[7]