Musicalmente, a faixa é derivada do pop latino e apresenta instrumentação de tambores, baixos e instrumentos de cordas. Liricamente, "Who's That Girl" continua a fascinação de Madonna com a cultura hispânica, incorporando letras em espanhol e usando o efeito de vocais duplos. A obra recebeu análises divergentes da mídia especializada, sendo elogiada por sua composição e o seu estilo e criticada por sua produção. Comercialmente, atingiu a liderança em sete países, incluindo a Bélgica, o Canadá, a Irlanda e a Itália. Nos Estados Unidos, com "Who's That Girl", Madonna tornou-se a primeira artista a ter seis canções no topo da Billboard Hot 100 ao longo da década de 1980.

O vídeo musical que acompanha a música foi dirigido por Peter Rosenthal e apresenta uma nova personalidade da cantora, além de cenas do filme homônimo. Tal como a canção, Madonna incorpora a cultura hispânica no vídeo musical, que a apresenta uma jovem mulher espanhola que sai em busca de um tesouro com a ajuda de pessoas que ela conhece. A artista apresentou "Who's That Girl" apenas na turnê homônima em 1987. A canção foi regravada por alguns artistas e incluída em álbuns de tributo.