Architecten: 1839: Hendrik Essens (1776-1845) uit Oisterwijk / 1903: François de Beer (1873-1960) uit Tilburg / 1938: C.H. de Bever (1897-1965) uit Eindhoven.

Op het Goirke werd al vanaf 1698 gekerkt. Voordat de huidige kerk er stond zijn hier vier opeenvolgende schuurkerken geweest.

Het in neogotische stijl gebouwde schip uit 1839 van architect Essens is het oudste deel van de Sint Dionysiuskerk. De kerk is gebouwd onder toezicht van ingenieurs van Rijkswaterstaat en wordt daarom ook een Waterstaatskerk genoemd. Het is de oudste neogotische kerk van Nederland.
In 1903 kreeg de kerk een nieuwe voorgevel met torenspits in neogotische bouwstijl. Architect was François de Beer. In 1938 werd begonnen met een totale nieuwbouw van het gebedshuis, in traditionalistische stijl uitgevoerd door Kees de Bever. Aan de achterzijde van de kerk werd een groot transept met vieringtoren gebouwd. De torenspits uit 1903 is in 1966 weer afgebroken. De kerk is tussen 2007-2015 gerestaureerd en gerenoveerd. Sinds deze renovatie is alleen het schip van de kerk in gebruik. In het linker transept is een nieuwe afgesloten aularuimte gebouwd, die dienstdoet als een functionele accommodatie voor koorrepetities, vergaderingen en diensten in de winterperiode.

In de voorgevel zijn twee gietijzeren beelden van het H. Hart en van O.L. Vrouw van het H. Hart uit 1904 te zien. Deze zijn vervaardigd door ijzergieterij Fa. W. van der Schoot uit Tilburg.
Het interieur van de kerk wordt opgesierd door 34 beelden. Twee beelden dateren uit de zeventiende eeuw (Sint Norbertus en Sint Quirinus). Enkele interieurstukken zijn van Belgische kunstenaars, zoals het schilderij ‘Onthoofding van de H. Dionysius’ van de Luikse historieschilder Antoine Wiertz uit 1842. In 1907 werd een nieuwe kerkpolychromie aangebracht door de Bossche kerk- en decoratieschilder Dorus Hermsen (1871-1931), naar ontwerp van architect Jos. Cuypers. De polychromie bestaat uit engelen in het middenschip en verder symbolische motieven, bloemen en kransen. In 2010 is de beschildering gerestaureerd. De apsisschildering uit 1938 is van Jos ten Horn (1894-1956). In de kerk bevinden zich negentien gebrandschilderde glas-in-lood ramen, onder andere van P.J.H. Cuypers uit 1929 en van de Tilburgse glazenier Piet Clijsen (1909-1977) uit 1945.
Een van de oudste inventarisstukken in de kerk is een hardstenen doopvont uit 1590, die nog in de oude Tilburgse Dionysiuskerk aan de Markt heeft gestaan. Een andere doopvont dateert uit 1876. De bekendste parochiaan was Peerke Donders; hij is in het doophuisje alhier gedoopt.
De vier gebeeldhouwde biechtstoelen uit 1860-1863 komen uit het atelier van de Gebroeders Goossens uit Den Bosch. De kerkbanken in neorenaissancestijl zijn in 1912 ontworpen door de Tilburgse architect C.J. van Meerendonk (1877-1959). Het orgel is in 1905 gemaakt door de gebroeders Smits uit Reek. Er zijn zeven altaren.

Kerkhof
Begin 1816 is ten noorden van de toenmalige schuurkerk het eerste deel van dit kerkhof aangelegd. In 1882 wordt de grond achter de kerk erbij getrokken. Zijn huidige vorm krijgt het kerkhof in 1892. Het is een begraafplaats voor de vele textielfabrikanten en textielarbeiders uit de wijk. Van de ruim duizend grafmonumenten zijn er zes aangewezen als rijksmonument, namelijk de nummers: A 6-2, CD 35, CD 37, D 2-8, E 15-13 en E 15-02.
Een bijzonder (in 2022 vernieuwd) herdenkingsmonument (A 6-3) is opgericht voor de 22 slachtoffers van de V1-bom die op 1 februari 1945 neerstortte op de Minister Talmastraat.
Aan de straatzijde een smeedijzeren hekwerk (rijksmonument). Op de hoekpilasters staan vier gietijzeren beelden, vervaardigd door ijzergieterij Fa. W. van der Schoot uit Tilburg in 1904.