Nhà thờ Đức Bà được xây dựng tại khu đất cao nhất của Sài gòn với các đường nét, hoa văn vừa tôn nghiêm vừa trang nhã mang phong cách Roman và Gotich. Với chiều cao trên 57 m, nhà thờ Đức Bà đã trở thành một công trình tiêu biểu cho không gian đô thị cả vùng trung tâm Sài Gòn. Dù không thành văn, người dân Sài Gòn và cả du khách đến thăm thành phố đều công nhận nhà thờ Đức Bà là ngôi thánh đường đẹp nhất và quan trọng nhất của giáo phận Sài Gòn, là niềm tự hào của người dân thành phố.
Đây là một công trình kiến trúc thật sự có giá trị rất lớn về mặt lịch sử và nghệ thuật kiến trúc xây dựng. Nhà thờ Đức Bà thuộc dòng kiến trúc phương Tây với kỹ thuật xây dựng tiên tiến lúc bấy giờ và sử dụng vật liệu mới của thời điểm đó như sắt, thép, kính… Trong quá trình xây dựng, toàn bộ vật liệu xây dựng đều mang từ Pháp sang. Vì được xây dựng trên mảnh đất Sài Gòn nên ít nhiều công trình vẫn mang nét văn hoá Phương Đông để đáp ứng yêu cầu điều kiện thời tiết, khí hậu nhiệt đới bản xứ. Móng của thánh đường được thiết kế đặc biệt, chịu được tải trọng gấp 10 lần toàn bộ kiến trúc ngôi nhà thờ nằm bên trên. Nhà thờ không có vòng rào hoặc bờ tường bao quanh. Vật liệu xây dựng là tường đá xanh Biên Hoà kết hợp với gạch đỏ Marseille để trần và không bị đóng rêu. Mái lợp ngói đỏ cũng đem từ Marseille sang, sau này thay bằng ngói Phú Hữu với chất lượng không kém ngói Pháp. Toàn bộ thánh đường có 56 ô cửa kính màu do hãng Lorin của Pháp sản xuất. Các ô cửa kính mô tả những nhân vật hoặc sự kiện trong Thánh Kinh. Tuy nhiên, trong số 56 cửa kính này hiện chỉ còn bốn cửa là nguyên vẹn như xưa, còn các cửa kính màu khác đều đã được làm lại vào khoảng những năm 1949 để thay thế các cửa kính màu nguyên thủy của nhà thờ đã bị bể gần hết trong thế chiến thứ 2.
Toàn bộ chiều dài thánh đường là 93 m. Chiều ngang nơi rộng nhất là 35 m. Chiều cao của vòm mái thánh đường là 21 m. Sức chứa của thánh đường có thể đạt tới 1.200 người. Nội thất thánh đường có hai hàng cột chính hình chữ nhật. Ngay sau hàng cột chính là một hành lang và kế đó là nhiều nhà nguyện với những bàn thờ nhỏ cùng các bệ thờ. Vào ban ngày, với thiết kế phối sáng hài hòa, thánh đường mang một cảm giác an lành và thánh thiện. Vào ban đêm, thánh đường được chiếu sáng bằng điện.
Mặt trước thánh đường là một công viên với bốn con đường giao nhau. Trung tâm của công viên là bức tượng “Đức Mẹ hòa bình” do nhà điêu khắc G. Ciocchetti thực hiện năm 1959. Bức tượng cao 4,6 m, nặng 8 tấn, bằng đá cẩm thạch trắng của Ý, được tạc với chủ đích để nhìn từ xa nên không đánh bóng. Tượng Đức Mẹ trong tư thế đứng thẳng, tay cầm trái địa cầu, trên trái địa cầu có đính cây thánh giá, mắt Đức Mẹ đăm chiêu nhìn lên trời như đang cầu nguyện cho thế giới được hoà bình.
Nhà thờ Đức Bà như một cái gạch nối nhẹ nhàng giữa cuộc sống đô thị và đời sống tâm linh. Các cặp vợ chồng mới cưới có thể chụp ảnh bên nhà thờ ở nhiều góc độ với những hoạ tiết kiến trúc đẹp. Cuộc sống diễn ra thường ngày rất tự nhiên. Sáng sớm là hình ảnh đàn chim bồ cầu dưới nắng, chiều tà là lúc phụ huynh đón con giờ tan học bên đường, tối đến có thể bắt gặp người mua thiệp đem đi tặng cho nhau một niềm vui.
Mặc dù nhà thờ Đức Bà đã trải qua trên trăm năm tuổi nhưng ngày nay nó vẫn tồn tại như một di tích sống minh chứng cho sự tư do tín ngưỡng của đất nước. Khách tham quan nước ngoài và trong nước không thể không đến nơi đây, đặc biệt là vào đêm Noel khu vực nhà thờ và trung tâm thành phố biến thành một khu vực lễ hội tưng bừng.