Là một công trình kiến trúc tôn giáo, được làm bằng đá, tổng thể qui hoạch khá bề thế và mang nét kiến trúc dân tộc Việt Nam thế kỷ 19.

Từ Hà Nội ta có thể đi theo đường 1A qua Phủ Lý, Ninh Bình rồi theo đường 10 đến thị trấn Phát Diệm, tổng cộng 120km. Cũng có thể đi từ Nam Định đến Kim Sơn rồi lên ngay thị trấn Phát Diệm.

Kim Sơn là một huyện mới được thành lập vào năm 1829. Phát Diệm là thị trấn huyện lỵ Kim Sơn. Lúc đầu, vào năm 862 ở Phát Diệm mới có một nhà thờ làm bằng tre lá. Nhà thờ như hiện nay được khởi công xây dựng từ năm 1875 và đến năm 1898 cả bn hoàn thất.

Nhà thờ Phát Diệm gồm nhiều công trình kiến trúc, chủ yếu chia làm hai khu vực chính là khu nhà thờ và khu vực nhà chung. Đây là một tổng thể mang rõ phong cách kiến trúc đình làng Việt Nam, do người Việt Nam thiết kế và thi công.

Trên một mặt bằng rộng lớn, khu nhà thờ có một trục chính là Phưng Đình và nhà thờ Chính Toà. Các điện thờ và hang đá khác được xây dựng cân đối ở hai bên.

Nhìn từ đường 10 vào nhà thờ Phát Diệm trước tiên là một hồ nước lớn rộng 4 mẫu, giữa hồ có một đo nhỏ dựng tượng Chúa Kitô cao 3m, bên dưới là những lùm cây thấp xanh tốt. Tiếp đó là Phưng đình bằng mái cong duyên dáng soi bóng xuống gương nước mặt hồ. Nhà thờ Chính Toà dựng tiếp sau Phương đình. Phía đông là các Điện thánh Rôcô; trái tim chúa Kitô, hang Lộ Đức. Phía tây có các Điện Thánh Glue, Phêroo, hang Bêlem, hang Táng xác và Điện trái tim Đức Bà.

Năm 1875 hang Táng Xác là công trình xây dựng đầu tiên để thử nghiệm độ lún của đất bồi phù sa Phát Diệm.

Năm 1879 khởi công xây dựng Phưng Đình bằng đá, độc đáo và bề bằng rộng lớn có một trục chính là Phưng đình và nhà thờ chính thế: cao 25m, dài 24m, rộng 17m. Tầng dưới có ba cửa lớn, ở gian giữa kê một sập đá toàn khối dài 4m, rộng 3m, cao 0,35m. Tần trên là gác chuông. Phưng đình có 5 nóc mái cong lợp ngói, nóc giữa đặt thánh giá, còn 4 nóc ở 4 phía đặt các tượng Thánh sư.

Năm 1889 dựng Điện trái tim Đức Bà toàn bằng đá, sau hang Táng Xác. Điện Đức Bà rộng 9m, dài 15m, nền cột, xá, hoành đều bằng đá; tường bên trong chạm nổi hình con phượng hàm thư và hình sư tử. Điện trái tim chúa Kitô là công trình thứ hai dựng trong năm 1889. Điện trái tim chúa Kitô được làm bằng gỗ mít, 6 gian, tổng cộng dài 19m, rộng 12m. Chính diện điện này cũng dựng bằng đá khá lớn và đẹp kiểu tam quan.

Năm 1891 xây dựng Nhà Thờ Chính Toà, còn gọi là Nhà thờ Rất Thánh Mân Côi. Mặt chính toàn bằng đá cao ba tầng, mái cong, cột, kèo, tường, nền bằng đá, mái lợp ngói, trên đỉnh cao có thành giá. Các công trình bên trong bằng gỗ và đá. Đây là công trình lớn nhất ở nhà thờ Phát Diệm. Công trình này dài 80m, rộng 24m, cao 18m, bao gồm 48 cột lim, chia làm 6 hàng, mỗi cột chu vi 2,4m. Riêng 16 cột ở hai tầng giữa, mỗi cột cao 12m. Hai gian thánh điện có 14 bức phủ điêu bóng đá một cuộc đời chúa Kitô, còn mặt chính điện được chạm gỗ sơn son thiếp vàng rực rỡ. Ở chính gian tiếp theo, hai bên có 72 bộ cửa gỗ bức bàn tháo mở thuận tiện. Nhà thờ Chính Toà mang rõ kiến trúc đình làng xoay theo chiều dọc tiền đao hậu đốc, kết cấu gỗ theo kiểu chồng diêm với ba lớp mái.

Năm 1894 xây dựng các điện thánh Giuse, Phêrô và Róc". Điện thánh Giuse làm bằng gỗ mít, lớp ngói. Điện dài 16m, rộng 6,8m, có 6 gian, các cột xà đều chạm trổ hoa lá khá tinh tế. Điện thánh Phêrô cũng có diện tích gần như điện trên, ngoài cột, kèo bằng gỗ mít còn có những bức phù điêu bằng đá khắc hình 12 thánh tông đô. Điện thánh Rôcô cũng làm toàn bằng gỗ mít, các cột chạm khắc rất công phu hình hoa lá rủ từ trên xuống dưới.

Năm 1896 xây dựng hang Lộ Đức và hang Bêlem. Hang Bêlem xây toàn bằng đá khối, tạo thạch nhũ. Hang cao 12m và diện tích cũng 12m2. Hang xây và đắp theo phương pháp cổ truyền. Xây cao đến đâu thì đắp đất dần lên thoải thôi.
Cùng với gỗ, đá và tam quan, mái cong như kiểu đình chùa, nhà thờ Phát Diệm còn sử dụng nhiều hình nét chạm khắc gỗ đá dân tộc với tay nghề vững vàng, điêu luyện. Về đề tài động vật ta thấy có sư tử, phượng, hươu, nai, chim các loại. Về thực vật có tùng, mai, cúc, trúc, đặc biệt nhiều là hoa sen, hoa chanh. Các phù điêu, chạm đá kể chuyện thánh, nhưng được thể hiện với phong cách dân gian Việt Nam. Trong phương đình, toà chính diện, các điện thờ dùng khá nhiều đại tự, câu đối, bia ký bằng chữ Hán và mang đậm tính chất trang trí và các kiến trúc cổ Việt Nam.

Nhà thờ Phát Diệm là một quần thể kiến trúc tôn giáo có giá trị, mang đậm nét kiến trúc dân tộc. Từng di tích đều có phong cách riêng, lại được đặt trong một tổng thể cân đối, bố cục chặt chẽ. Các công trình kiến trúc và điêu khắc gỗ, đá của nhà thờ đã kế thừa được các phong cách truyền thống của nhiều địa phương trong cả nước.