Magyarország legnagyobb és Európa egyik legnagyobb temploma 47 év alatt épült fel a múlt század közepén. A mai katedrális helyén a középkorban is nagy méretű román illetve gót stílusú templom, a Szent Adalbert székesegyház állt. A jelenlegi bazilika alapkőletételére 1822-ben került sor, Rudnay Sándor érseksége idején, s az építkezés is megkezdődött Kühnel Pál, majd Packh János tervei alapján. A templomot 1856. aug. 31-én Scitovszky János érsek szentelte fel a király jelenlétében. Az ünnepi misét (Liszt Ferenc: Missa solennis) maga a mester vezényelte. A bazilika harmadik építésze, Hild József sem érhette meg azonban a zárókő elhelyezését, melyre csak 1869-ben, Simor János érseksége idején kerülhetett sor. A neoklasszicista épület lenyűgöző méreteivel páratlan alkotás az európai művészet történetében: teljes magassága, a kripta padlójától a kereszt csúcsáig 100 méter, belső magassága 72, teljes hossza 107, a melléktornyok magassága 57 méter. Az oltárkép (Grigoletti: Mária mennybevitele) a világ legnagyobb egy vászonra festett oltárképe: 13,5x6,6 méteres. Orgonája hazánkban a legnagyobb. A főszékesegyház azonban harmonikus, kiegyensúlyozott díszítése miatt is figyelemre méltó.
A kupolába 400 lépcsőfokon vezet az út, de a fentről elénk táruló látvány kárpótol a fáradságért.
Az egyiptomi szakrális tereket idéző altemplomban nyugszanak az 1820 óta elhunyt esztergomi érsekek. Különösen szép Csernoch János prímás síremléke.
A bazilika körül kialakított új téren a múlt század végén jelentős egyházi negyed épült fel, északon a négyzetes alaprajzú Hild József-féle papi szemináriummal, kétoldalt a hosszú kanonoki házakkal és az érseki tanítóképzővel. A tér két oldalát az úgynevezett Sötét-kapu kötötte össze egymással.
A középkori eredetű Szent Adalbert székesegyházból csak a magyarországi reneszánsz építőművészet legkiemelkedőbb alkotása, a Bakócz-kápolna maradt fent. A kápolnát Bakócz Tamás érsek építtette 1507 és 1519 között, az akkori katedrális déli mellékhajójához csatolva. A török korban is imaháznak használták, többek között ennek köszönhető, hogy még 1822-ben is állt. A mai bazilika építésekor a kápolna süttői márványból készült falát 1600 darabra vágták szét, és darabonként építették újjá a jelenlegi helyén.
A bazilika szentélye melletti északi szárnyban található kincstár Közép-Európa egyik legjelentősebb egyházi gyűjteménye. Simor János érsek kezdte el módszeresen gyűjteni az esztergomi székesegyházból az évszázadok során elkerült kegytárgyakat, miseruhákat. A kiállított tárgyak mindegyike figyelemre méltó művészi teljesítmény, de külön is ki kell emelni a magyar királyok koronázási eskükeresztjét, Zsigmond király szarvserlegeit, Suki Benedek díszes kelyhét és a színaranyból készült, gótikus és reneszánsz elemeket egybeépítő Mátyás-kálváriát, az európai ötvösművészet egyik legkiemelkedőbb alkotását. A múzeum, az egyházi textíliák bemutatása mellett időszakos kiállításoknak is helyet biztosít.