La construcción comenzó en estilo neogótico, pero, al asumir el proyecto Gaudí en 1883, fue completamente replanteado. Según su proceder habitual, a partir de bocetos generales del edificio improvisó la construcción a medida que avanzaba. Se hizo cargo con sólo 31 años, dedicándole el resto de su vida, los últimos quince en exclusiva.
Una de sus ideas más innovadoras fue el diseño de las elevadas torres cónicas circulares que sobresalen apuntadas sobre los portales, estrechándose con la altura. Las proyectó con una torsión parabólica dando una tendencia ascendente a toda la fachada, favorecida por multitud de ventanas que perforan la torre siguiendo formas espirales.El templo, cuando esté terminado, dispondrá de 18 torres: cuatro en cada una de las tres entradas-portales y, a modo de cúpulas, se dispondrá un sistema de seis torres, con la torre cimborio central, dedicada a Jesús, de 170 metros de altura, otras cuatro alrededor de ésta, dedicadas a los evangelistas, y un segundo cimborio dedicado a la Virgen. El interior estará formado por innovadoras columnas arborescentes inclinadas y bóvedas basadas en hiperboloides y paraboloides buscando la forma óptima de la catenaria.
