Первый проект был разработан архитектором Франсиско дель Вильяр , на место которого в конце 1883 года был приглашён А. Гауди, значительно изменивший первоначальный проект. По решению инициаторов строительства храма финансирование работ должно выполняться исключительно за счёт пожертвований прихожан, что является одной из причин столь длительного строительства.
Эта пятинефная церковь спланирована в форме латинского креста, образованного пересечением главного нефа с трехнефным трансептом. Необычайно большая по размеру апсида, под которой расположена крипта, включает семь часовен и обходную галерею за хором. Окружающий здание клуатр соединяет все фасады церкви: южный фасад Страстей Христовых, восточный фасад Славы и северный фасад Рождества Христова. Сооружение увенчано восемнадцатью башнями. Двенадцать из них, по четыре на каждом фасаде (на иллюстрации все башни показаны белыми кружками), высотой от 98 до 112 метров, посвящены двенадцати апостолам.
Веретенообразная форма башен-колоколен, напоминающая песчаные замки, определяется структурой находящихся внутри винтовых лестниц. Каждая башня посвящена своему апостолу, статуи которых помещены в точках изменения формы башен от квадратного к круглому сечению. В верхней части башен Гауди предполагал поместить трубчатые колокола, звон которых будет сочетаться со звучанием пяти органов и голосами 1500 певчих, расположенных, по задумке архитектора, по обе стороны от продольных нефов и на внутренней стороне фасада Славы. На каждой колокольне сверху вниз расположен девиз «Слава всевышнему», над которым возвышаются полихромные шпили, украшенные стилизованным изображением символов епископского сана — Кольца, Митры, Жезла и Креста.
В декоре широко использованы тексты литургии, главные врата фасада Страстей украшены цитатами из Библии на нескольких языках, включая каталанский. Фасад Славы предполагается украсить словами Апостольского Символа Веры.
Всё в интерьере подчинено строгим геометрическим законам. Круглые и эллиптические окна и витражи, гиперболические своды, геликоидальные лестницы, многочисленные звёзды, возникающие в местах пересечения различных линейчатых поверхностей и украшающие колонны эллипсоиды — вот неполный перечень геометрических деталей декорации Храма.
