La actual basílica del Pilar es un templo que tiene un largo proceso constructivo. Comienza a finales del siglo XVII (sobre otro templo anterior) y finaliza a mediados del siglo XX. El resultado es un gran edificio, el mayor templo barroco de España y el mayor templo de peregrinación mariana del país. Fue diseñado por Felipe Sánchez, y realizado, con modificaciones, por Francisco Herrera el Mozo y Ventura Rodríguez.
El templo se divide en tres naves de idéntica altura, cubiertas con bóvedas de cañón, en las que se intercalan cúpulas y bóvedas de plato, pintadas por Goya, Bayeu, y González Velázquez, que están sustentadas por robustos pilares. La cúpula central, que se alza sobre el altar Mayor y el magnífico retablo de Damián Forment es grandiosa, sustentada por gruesos pilares poligonales.
Esta gran cúpula, cuya altura es de 80 metros, la construyeron José Yarza y Miñana y Juan Antonio Atienza entre 1866 y 1869, siguiendo el modelo de la cúpula de San Pedro del Vaticano.
Bajo la mesa altar se encuentra el sepulcro de san Braulio, su parte frontal es una placa de plata repujada, fechada en 1751 realizada por los Estrada, padre e hijo.
En lo que se refiere al retablo que ocupa el altar mayor, en el año 1509 el cabildo contrató al escultor valenciano Damián Forment para tallarlo en alabastro de Escatrón, dedicado a la Asunción de la Virgen, representada en la calle central. Fue realizado gracias a la aportación económica del rey Fernando II de Aragón y de su segunda esposa, Germana de Foie, que contribuyeron con cuatro mil escudos. En la predela se tallaron siete escenas de la Vida de Jesús, en la calle de la izquierda, la Presentación en el templo; en la calle central, la Asunción de la Virgen; y en la calle de la derecha, el nacimiento de la Virgen.
Ha sido restaurado a finales del año 2022 y luce hoy en todo su esplendor.