L’architecture extérieure de la basilique est de style renaissance italienne mais son intérieur est résolument avant-gardiste. Commencée en 1924 d’après les plans des architectes Dalbé Viau et Alphonse Venne, elle était encore à ciel ouvert au moment de la mort du frère André survenue le 6 janvier 1937. La même année, le moine bénédictin français Dom Paul Bellot entreprit la finition extérieure avec la collaboration de l’architecte montréalais Lucien Parent. L’intérieur fut terminé en 1966 d’après les plans de l’architecte canadien Gérard Notebaert.

Inauguration : 19 mars 1955

Consécration : 17 octobre 2004

Dimensions

• Longueur : 105 mètres (341 pieds)
• Largeur : nef : 37 mètres (120 pieds), transepts : 65 mètres (210 pieds)
• Hauteur : intérieur 60 mètres (195 pieds), extérieur 97 mètres (319 pieds)
• Capacité d’accueil : plus de 2000 personnes

L’extérieur de la basilique

• Les pierres en granit du revêtement extérieur proviennent de la région du Lac Mégantic.
• Le portique s’ouvre sur une colonnade de style corinthien qui s’élève à plus de 18 mètres (60 pieds).
• Le dôme extérieur a un diamètre de 39 mètres (125 pieds). Il s’élève à 155 mètres (506 pieds) au-dessus du niveau du chemin Queen Mary et à 263 mètres (856 pieds) au-dessus du niveau moyen de la mer. Le bénédictin Dom Bellot a conçu cette structure avec un dôme intérieur d’un diamètre de 26m (85 pi). 
• Toutes les toitures incluant celle des tourelles et du dôme sont recouvertes de cuivre.
• Le lanternon offre une vue panoramique de 360 o . Ce lieu deviendra accessible au public avec la réalisation de la tour d’observation (projet en cours).

L’intérieur de la basilique :

• La décoration intérieure est surtout constituée d’éléments de granit, de bois et de bronze.
• Le plancher est fait de dalles de quartzite. Les bancs de bois proviennent bois proviennent du collège Saint-Laurent et des églises Sainte-Brigide de Kildare (Montréal), Sainte-Paule (Saint-Jérôme) et de l’ancienne maison-mère des Sœurs Grises de Montréal.
• Les 10 vitraux sont l’œuvre de Marius Plamondon. Ils représentent quelques-unes des très nombreuses mentions de saint-Joseph dans les documents de l’histoire du Canada français.
•  La décoration est l’œuvre du maître français Henri Charlier qui a réalisé l’autel, le crucifix et les statues des 12 apôtres.
• La grande mosaïque a été réalisée par les Ateliers A. Labouret.  
• Les bronzes ont été dessinés par Robert Prévost et coulés par Jean-Claude Lajeunie.
•  Les 10 verrières sont l’œuvre de Marius Plamondon.
•  Les grandes orgues ont été construites par le facteur de réputation mondiale Rudolf von Beckerath.

Les 14 stations du chemin de la croix sculptées en pierre de Lens par Roger de Villiers ont été regroupées et adossées aux piliers (1957-1959).

Aménagée à la suite de la canonisation, la chapelle est inaugurée le 7 mars 2013. La Congrégation des Sœurs de la Charité de Montréal a offert une grande partie du mobilier du chœur. La peinture du frère André a été offerte par le peintre Sergio Pinecross en l’honneur de la canonisation.

C’est le sculpteur français Henri Charlier qui fut chargé de réaliser, entre 1955 et 1959, l’autel, le crucifix, le calvaire ainsi que les douze apôtres. Sculptée en taille directe dans deux blocs de marbre provenant de Bourgogne, la pièce présente des bas-reliefs sur ses quatre faces. Du côté des célébrants l’Ensevelissement du Christ, de celui de l’assemblée la Résurrection du Christ. Sur les côtés, deux scènes de l’Ancien Testament, le Sacrifice d’Abraham et le Sacrifice d’Abel.

Réalisé par le sculpteur français Henri Charlier, le calvaire présente le Christ cloué sur la croix, entouré de sa mère Marie et de l’apôtre Jean. Sculptée en taille directe, cette sculpture est en fait le modèle qui a servi pour l’œuvre en bronze qui elle, est conservée au musée de l’Oratoire. La sculpture en bois a été préférée et installée dans le chœur.

Le déambulatoire présente deux huiles sur toile qui datent de la fin des années 60. Elles ont été peintes par père André Bergeron, c.s.c. L’œuvre au-dessus de la porte menant à la sacristie s’intitule l’Annonciation alors que celle qui lui fait face est la Crucifixion.

La mosaïque qui orne le chœur de la basilique a été réalisée par l’Atelier Labouret. Elle présente plus de 135 m² de carreaux de grès cérame et de verres tachetés d’or. L’ensemble illustre 11 scènes de la vie terrestre et spirituelle de saint Joseph que l’on peut suivre en partant du bas en alternant de gauche à droite. Frédéric Back a contribué à la mosaïque en remaniant et complétant des scènes. On peut observer son travail dans le bas de la mosaïque, à gauche et à droite.

Une sculpture de Notre-Dame-des-Douleurs réalisée par Henri Charlier orne la chapelle latérale de l’abside, côté nord.

Le silence s’impose dans la chapelle par respect pour ce lieu le plus sacré de la basilique, situé dans l’abside. Les colonnes de l’abside sont faites en marbre vert et son plafond en hémicycle est recouvert de feuilles d’or. Le tabernacle conçu par Jean-Charles Charuest est orné d’anges en laiton réalisé par Michel Roger et de pièces en céramique créées par Jordi Bonet.

Située dans l’abside de la basilique, la chapelle dédiée au bienheureux Basile Moreau, fondateur de la Congrégation de Sainte-Croix, a été réaménagée et ouverte au public en janvier 2023. Précieux artefact ayant abouti au Canada possiblement entre 1924 et 1944, sa pierre tombale originale en ardoise y est exposée. Au centre de la chapelle, une statue blanche du fondateur offerte par les Sœurs de Sainte-Croix invite les pèlerins à la prière.

Le sculpteur Henri Charlier sculpte les douze apôtres en s’inspirant de l’évangile de saint Jean (Jude, Mathias, Simon, Philippe, André, Nathanaël, Jacques le Majeur, Thomas, Matthieu, Jacques le Mineur, Pierre et Paul dans une sculpture unique et Jean). Les sculptures de 4,8 m de hauteur présentent un apôtre avec un attribut, avec l’instrument de son martyre ou adoptant une gestuelle particulière.

Les grilles sculpturales de la basilique forment un ensemble imposant : les grilles du tambour du dôme, la grande grille de l’abside, les grilles de la porte d’entrée, ainsi que celles des confessionnaux, des chapelles et de la sacristie. Elles sont accompagnées de l’ambon, orné de l’aigle de la Parole de Dieu, symbole de Jean l’Évangéliste, du lutrin et du siège du président, décoré d’un arbre. Toutes ont été créées entre 1967 et 1977, conçues par Robert Prévost et produites par Jean-Claude Lajeunie, accompagné des Frères Gérard Bédard et Antonio Turcotte, CSC. À l’exception de celles du tambour et de l’abside, qui sont en acier, les pièces sont en bronze patiné. À l’exception de celles du narthex, elles ont été forgées à la fonderie Morris Singer Ltd. à Basingstoke, en Angleterre, et patinées par Peter Gnass.

Les médaillons en grisaille sur la Sainte Famille ont été réalisés par l’artiste québécois Napoléon Bourassa. En 1960, 10 peintures murales sur mortier, peintes à l’huile sur plâtre, ont été déposées à l’Oratoire. Ils proviennent de la chapelle de l’ancien Institut Nazareth démoli pour permettre la construction de la Place des Arts de Montréal. Trois immenses scènes octogonales illustrant la vie de saint Joseph sont installées dans la basilique au début des années 2000 : La Nativité, La Fuite en Égypte et L’Atelier de Nazareth.

Le grand orgue Beckerath a été fabriqué par le facteur d’orgues allemand Rudolf von Beckerath. Au printemps 1960, 167 caisses arrivent par bateau et l’installation de l’instrument dure près de huit mois. 5811 tuyaux répartis en 78 jeux forment six plans sonores. La console comprend cinq claviers et un pédalier. Les claviers sont reliés aux sommiers par des vergettes de fibre de carbone. Mesurant 18 m de hauteur et 14 m de longueur, il père presque 40 t. L’entreprise Juget-Sinclair a consacré plus de 8 000 heures à sa restauration en 2011-2012.

Les dix verrières de la basilique sont le fait de Marius Plamondon (1958-1961). Chacune des scènes représente l’une des nombreuses mentions de saint Joseph dans les documents de l’histoire canadienne.

a. Le typhus de Bytown, Ottawa – 1847.

Une épidémie de typhoïde menace le village de Bytown (aujourd’hui Ottawa). L’aumônier place dans l’église une statue de saint Joseph devant laquelle on se réunit chaque jour et le mal ne tarde pas à disparaître.

b. La naufrage de Walker – 1711.

Vers la fin de l’été, l’amiral anglais Walker se dirige vers Québec avec 88 vaisseaux et 12 000 hommes de troupe. Québec n’a que 5 000 hommes. On prescrit des prières publiques, on se confie spécialement à Marie et à Joseph. Dix vaisseaux se brisent près de l’Ile-aux-Œufs et Walker décide de rebrousser chemin.

c. La fuite des Bostonnais – 1776

La colonie est épuisée par une guerre déjà trop longue et l’arrivée de nouvelles troupes américaines menace encore une fois la paix. On se confie au Patron national. Le 28 avril, une messe d’action de grâce est offerte en l’honneur de saint Joseph après le départ des Bostonnais.

d. Pèlerinage à Saint-Joseph de la Pointe-Lévis – 1697

L’école de Marguerite Bourgeoys est fondée depuis 30 ans. Mais la communauté ne peut recevoir de membres sans l’approbation officielle de sa règle. La supérieure confie sa cause à saint Joseph dans l’église qui porte son nom, à Pointe-Lévis. L’année suivante, la règle est approuvée et la première profession a lieu au couvent.

e. Vision de Marie de l’Incarnation – 1633

Dans une vision prophétique, Marie de l’Incarnation raconte qu’elle se voyait avec une dame inconnue, dans un grand domaine de montagnes et de forêts. Les difficultés étaient nombreuses, mais le Patron du lieu guidait leurs pas. Six ans après, elle fondait les Ursulines de Québec en compagnie de Madame de la Peltrie.

f. Vision de sœur Marie-Catherine-Joseph de Saint-Augustin. – 1657

Vision d’une religieuse de l’Hôtel-Dieu de Québec: chaque personne doit présenter à Dieu les fruits de son talent. Joseph présente le Christ qui lui a été confié et qui a produit la multitude des saints.  Dieu confie alors à son fidèle serviteur puissance et autorité dans le ciel.

g. La Congrégation des hommes de Ville-Marie – 1694

Fondée en 1663 à la suite des efforts de Monsieur de Maisonneuve et de Pierre Boucher, ce mouvement réunissait l’élite chrétienne de Ville-Marie (Montréal). En 1694, dans un acte solennel, la Congrégation se dédiait à saint Joseph et faisait de lui son « Préfet perpétuel ».

h. La victoire de Frontenac sur Phips – 1690

L’amiral anglais Phipps assiège Québec. Devant le danger, les Canadiens n’hésitent pas à placer une image de la Sainte Famille dans le clocher de la cathédrale. Phipps se retira après deux jours de combat.

i. Le miracle du « Saint-Joseph » – 1639

Toutes voiles dehors, un bateau appelé “le Saint-Joseph” est lancé contre des glaciers. Au milieu de la panique, des passagers font un vœu au Patron du bord. Soudainement, malgré une fausse manœuvre du pilote, le navire tourne sur lui-même et s’éloigne du danger.

j. Délivrance du Fort Sainte-Marie – 1649

Les 16 et 17 mars, les forts Saint-Ignace et Saint-Louis sont mis à feu et à sang par les Iroquois. Le lendemain, la même attaque est dirigée contre le Fort Sainte-Marie. Tous les habitants se confient au Patron national. Le 19, jour de la fête de saint Joseph, les Iroquois s’enfuient, subitement pris de panique.