1883, nach einem Zerwürfnis mit dem ursprünglich beauftragten Architekten Francesc del Villar, übertrugen die Stifter an Antonio Gaudí die Verantwortung für den Bau. Gaudí widmete sich ausschließlich an diesem Projekt, bis er im Alter von 74 Jahren tragisch von einer Straßenbahn überfahren wurde. Er umgestaltete die Pläne grundlegend, dadurch dass er den ursprünglich neogotischen Entwurf in seinem eigenen Stil verwandelte.

Viele Merkmale ihrer Architektur wurden zum richtigen Zeitpunkt entschieden, weshalb war das Beisein Gaudís im Standort des Baus von besonderer Bedeutung. In der Laufe des Aufbaus der Weinachtsfassade wird der Stil immer mehr fantastisch. Auf der Spitze gibt es Muranoglas und die Türmen sind mit zahlreichen Verzierungen versehen, die von der Kunstrichtung Art Nouveau beeinflusst scheinen. Gaudí konnte nur die Kapelle San José, die Krypte, die äußere Apsis und die Weinachtsfassade vollenden.

Die vier Türme der Kirche werden durch Kreuze geschmückt, jede von denen auf einer verschiedenen Himmelrichtung ausgerichtet wird. Nach dem Tod Gaudís wurde der Weiterbau auf der Grundlage der Modelle und Zeichnungen des Meisters fortgeführt. Die Fassade wurde 1935 vollendet.

Die westliche Fassade, die Fassade der Passion, wurde zwischen 1953 und 1976 errichtet. Die Verzierung wurde vom Bildhauer Subirachs vollgebracht. Die Kirche ist heutzutage noch im Bau.

Die Kirche stellt die vollständige Konzeption der Architektur dar, bei der die Plastik, die Natur, das Symbolismus und die Farben ein eigenartiges Mosaik aufbauen. Das Gebäude besteht aus einem kreuzförmigen Grundriss mit fünf Schiffen und aus einer Vierung mit drei Schiffen. Der äußere Kreuzgang besteht aus drei Fassade, je von denen vier Glockentürme hat: Die Fassade der Passion, die Fassade der Gloria, und die Weinachtsfassade