Sobre el santuario se construyó la Basílica de San Pío.
Consagrada en 1958, la basílica subterránea de San Pío Sus muy grandes dimensiones (una forma ovalada de 201 m de largo por 81 m de ancho) permiten albergar hasta 25.000 personas en una superficie de 12.000 m². Esto, preservando los pasillos de tránsito.
Con forma de casco de barco volcado, el hecho de que esté bajo tierra no afecta al paisaje del santuario. El arquitecto Pierre Vago y el ingeniero Eugène Freyssinet, inventor del hormigón pretensado, utilizaron el hormigón integrando cables metálicos tensados en las zonas de tracción para soportar las cargas y evitar pilares que hubieran afectado la visión. El proyecto se completó en un tiempo récord.
En cuanto a la ornamentación, la basílica cuenta con 39 pinturas que representan santos y una cincuentena de gemas. Lourdes tiene una colección de gemas muy importante. Gemmail fue inventado por el pintor Jean Crotti en la década de 1930 en colaboración con Roger Malherbe-Navarre. En 1939, Jean Crotti creó la palabra acrónimo gemmail fusionando los términos gema y esmalte. René Margotton creó uno sobre el tema de las apariciones en la basílica de Saint-Pie-X de Lourdes, donde se ejecutaron 20 piezas entre 1989 y 1993.
