教堂的另外一个重点是彩色玻璃，在教堂内的彩色玻璃都非常特别，用玻璃制作图像台凸显出圣经里的人物或是故事，如为基督教徒会被这里的彩色玻璃所吸引，在教堂内部总共有56个玻璃窗，31个圆形的玫瑰图案以及25个彩色幅彩色玻璃窗的精美图案，但是在这56个玻璃窗只有4个是最完整无瑕的，其它的玻璃窗都是在1949-1951由当地主教的居民进行一些整修，而这些彩色玻璃窗都是由法国沙特尔省的LorinFirm所制造。
墙内开花墙外香。除了供应教堂的彩绘玻璃，土山湾孤儿院也接受社会机构和个人的订单。正因如此，目前上海保留下来的有迹可循的土山湾彩绘玻璃都位于公共或是私人建筑上。按照时间先后，分别位于：原法国总会（南昌路47号）和原私人住宅（余庆路190号和瑞金宾馆总统楼）。
这意味着教堂以罗马式风格建造，标配着厚厚的墙壁，和紧随其后的小窗户。它精美而细致的彩色玻璃窗，以及蕴藏的波普艺术风格，为教堂注入了活力和色彩。
罗源滨海堂的圣殿由1412平方米的双层玻璃幕墙围合而成，并有着107,707块的彩色玻璃。该设计希望唤醒人们对传统的教堂彩窗的记忆，然而局限的预算下，彩色玻璃需要达到最大程度的标准化来实现造价的控制。因此，建筑师选用了10乘10厘米的正方形彩色玻璃作为基础，色调从深蓝色渐变到淡黄色直至亮白色等共21种，其中局部视觉需强调的区域选用了4乘4厘米的白色磨砂玻璃。