A Basílica ocupa a parte central do edifício, ladeada pelas torres sineiras e ostenta a primeira cúpula (octogonal) construída em Portugal. Foi concebida pelo alemão João Frederico Ludovice, ourives e oficial de engenharia militar que vivera longos tempos em Roma. De destacar a estatuária de encomenda real a mestres italianos, que constitui a mais significativa colecção de escultura barroca italiana fora de Itália, os retábulos de mármore dos altares, da autoria da Escola de Escultura de Mafra dirigida por Alessandro Giusti e o conjunto de seis órgãos históricos, único no mundo.