Nhà thờ Đức Bà có mặt chính nhìn ra đường Nguyễn Du, lưng giáp đường Lê Duẩn, hai bên hông là Quảng trường Công xã Paris, là một công trình kiến trúc lớn, được đặt viên gạch đầu tiên vào ngày 7-10- 1877, và khánh thành vào ngày 11-4-1880.

Nhà thờ do người Pháp thiết kế tại Paris theo mẫu Nhà thờ Đức Bà Paris. Việc thi công xây dựng cũng do kỹ sư người Pháp tên Baurad chỉ huy thực hiện. Tổng kinh phí xây dựng 2,5 triệu franc lúc bấy giờ, do Thống sứ Nam Kỳ cung cấp. Ngôi thánh đường nguy nga tráng lệ, rộng 35m, dài 93m, cao 21m, với hai ngọn tháp vuông cao 26,6m, đến năm 1894, xây tiếp hai ngọn tháp nhọn vút cao 57m. Một điều đặc biệt không một nhà thờ nào ở Việt Nam có là nhà thờ này được xây bằng gạch trầm, một loại gạch phải chở từ Marseilles tới. Gạch luôn luôn đỏ au, không bị phai màu cùng thời gian, không bị bụi bặm, rong rêu bám. Các lỗ thông hơi được chạm thẳng vào tường rất khéo như những hoa văn trên lụa là, gấm vóc, khiến cho nhà thờ luôn luôn mát mẻ. Trên hai lầu chuông có 6 quả chuông lớn nặng 25.850kg. Năm 1959, trước sân nhà thờ có thêm tượng “Nữ vương hoàn cầu” làm bằng đá cẩm thạch, đặt tạc tại Italia cao 4,2m, nặng 8 tấn rưỡi. Năm 1962, nhà thờ này được Tồ thánh Vatican nâng lên hàng “Vương cung Thánh đường”.