Tiene planta de cruz latina y se alza sobre los cimientos de la iglesia primitiva. En el frontis se levantan dos torres cuadradas, formadas con bloques de piedra labrados en punta de diamante, mientras que la torre campanil se coloca, exenta, en la plaza circundante.
El edificio, durante la construcción, sufrió varias modificaciones. Entre ellas destaca la reorganización del esquema compositivo de la fachada, siguiéndose las indicaciones de Jorge Oteiza, autor de las esculturas que representan a la Piedad y a los 14 Apóstoles, incluidos Judas y Matias, que han pasado a constituir la principal seña de identidad del conjunto.
El interior de la Iglesia también se decora de forma excepcional. El retablo, que ocupa 600 m2, fue diseñado por Lucio Muñoz, quien en la ejecución contó con la ayuda de los escultores Julio López y Joaquin Ramo. Los trabajos se realizaron en 1962, sirviendo de marco a la talla gótica de la Virgen a la que hoy puede contemplarse sin el manto y atributos a los que ha sido asociada tradicionalmente.
Las puertas de la basílica y la cripta completan el marco de actuación de los artistas vascos. Las primeras se deben a Eduardo Chillida, mientras que los paneles que cubren las paredes de la cripta fueron pintados por Nestor Barrenetxea.
El monasterio, adosado a la basílica, con su claustro, es la parte más antigua del complejo habiéndose construido sus dependencias sobre el roquedo calizo natural, adaptándose al terreno mediante sólidas terrazas y gruesos muros. Esta parte se rehizo prácticamente en el siglo XIX.
