San Luis Gonzaga meditando en su estudio

La pintura está ejecutada sobre una preparación hecha con tierra de Sevilla, visible en algunas zonas, que resalta las veladuras aplicadas. Ha recurrido también a la superposición de capas opacas de pintura para conseguir efectos lumínicos con una paleta muy austera.

En su estudio encontramos al santo jesuita, un noble italiano que renunció al marquesado de Castiglione cuando entró en la Compañía de Jesús. Fue paje de honor en la corte de Felipe II entre 1581 y 1584. Está de pie, junto a una mesa donde se disponen sus atributos: las azucenas de castidad, la corona que simboliza la renuncia al título de marqués, una calavera y un cilicio como símbolos de ascetismo, y el crucifijo que sujeta en su mano con un paño blanco de pureza, al que dedica toda su atención. Estos objetos están realizados con pinceladas más gruesas, para acercarlos al primer plano. Está vestido con el hábito oscuro de los jesuitas, cuyos volúmenes se consiguen gracias a las veladuras aplicadas sobre el negro.

La composición y el tratamiento de la luz recuerdan a San Francisco de Borja asistiendo a un moribundo, donde también ha empleado una cortina de fondo que matiza la luz entrante a través de la ventana. El uso de estos cortinajes, más o menos aparatosos, que alcanzó su momento álgido en el Barroco, sirve a Goya para dotar a la escena de misterio, además de para controlar la iluminación y conseguir una gran riqueza de matices. La composición es sencilla pero noble. La resolución pictórica de la obra es muy cercana al estilo neoclásico, y recuerda a las obras que Goya pintó para el convento de Santa Ana de Valladolid.

La cronología ha sufrido variaciones según distintos autores. Finalmente se ha convenido en datar la obra entre 1798 y 1800, como proponen José Luis Morales y Marín y Arturo Ansón, puesto que la construcción del convento tuvo lugar en 1798 y la decoración debió realizarse en los años inmediatamente posteriores.