Die Basilika ist ein Bau aus rotem Sandstein. Sie besitzt ein Querhaus und einen dreiseitig geschlossenen Chor, an dessen Seiten die beiden mit Laternen bekrönten Türme platziert sind. Chor, Querhaus und Langhaus sind mit abgewalmten Dächern gedeckt. Die Ecken sind mit Pilastern gegliedert. Ursprünglich sollten die Außenwände verputzt werden, was aber nie verwirklicht wurde.
Bereits im Jahr 1445 bestätigte Papst Eugen IV. das Wunder und gewährte einen Ablass, was die Wallfahrt förderte. 1497 war eine Vergrößerung der Kirche notwendig. Sie hatte nun fünf Altäre, darunter den Blutaltar mit dem Korporale. Die Reformation hielt in Walldürn keinen Einzug, allerdings ließ die Beteiligung an der Wallfahrt stark nach. Um 1600 nahm der Pilgerstrom allmählich wieder zu, weswegen 1626 die Kirche umgebaut wurde und drei neue Altäre erhielt. Nach dem Dreißigjährigen Krieg blühte die Wallfahrt weiter auf, so dass die Kirche zu klein wurde. Oberamtmann Johann Franz Sebastian von Ostein sprach sich bei seinem Onkel Erzbischof Lothar Franz von Schönborn für einen Neubau aus. Der Bau wurde im Wesentlichen zwischen 1698 und 1714 ausgeführt, die Ausstattung folgte bis 1728. Sie besticht durch die prächtige Barockausstattung nach italienischer Art.