此天主堂为欧洲“巴洛克”风格建筑，融希腊、罗马、哥特式建筑艺术于一炉，部分建材与装饰采用中国传统建筑手法，可谓中西文化融合的结晶。天主教堂与山融为一体，轮廓协调自然，堂红山绿相映成辉。整个建筑平面呈拉丁式十字形，充分体现了建筑美学上对称中不对称的美感。

　　山顶大堂高17米，教堂内设3000个座位，可容纳近4000名教徒，而且音响效果极佳。大殿正祭台用大理石砌成，殿窗部分镶嵌五彩玻璃，顶部盖以碧色的琉璃瓦。钟楼高38米，按一定音符排列着8只大钟，由紫铜铸成的圣母像，高8米。圣母双手高举双手呈十字状的小耶稣，寓意欢迎各地前来的朝圣者。1942年罗马教皇曾佘山天主教堂封为“圣殿”，成为我国天主教徒朝觐的圣地。

　　从山脚到山顶的曲折小路上有14座苦路亭，每亭中有一幅耶稣受难浮雕，还有3座圣亭和一个中堂，逐级向上的苦路把苦路亭、圣亭、中堂及山顶教堂联成一体。信徒们到佘山朝圣时，沿着曲折的苦路逐级而上，领略耶稣代人受难的经历。佘山天主教堂是上海天主教徒在东南沿海的主要朝圣地，每逢圣母月，各地天主教徒纷纷来此朝圣，故余山在海外有圣母山之称。