La Basilica ha impianto a croce latina, con cupola emisferica. L'interno è diviso in tre navate da colonne con capitelli riccamente scolpiti. La navata centrale ha un soffitto ligneo a lacunari sobriamente intagliato, mentre le laterali sono coperte da volte a crociera. All'edificio si accede da tre portali con archivolti a piattabanda dei quali quello centrale è fastosamente decorato.
L'intero prospetto è ritmato da una serie di colonne, archi e da un balcone a balaustri, sorretto da mensoloni figurati. La decorazione plastica è caratterizzata da uno spirito di gaiezza e bizzarria. Conclude la facciata il grande rosone, terminato nel 1646, decorato con fregi floreali, grappoli di frutta e teorie ritmiche di cherubini. L'intero corredo plastico è realizzato in pietra leccese, tenera e dolce, lavorabile con lama di coltello e tornio la quale messa in opera ed esposta all'aria si indurisce come marmo. Per questa particolarità le decorazioni sono chiamate dai leccesi "opera de curtieddu".
L'edificio fu fondato dal conte di Lecce Gualtieri VI di Brienne, Duca di Atene nel 1353 e lasciato incompiuto alla sua morte avvenuta durante la battaglia di Poitiers nel 1356.
La costruzione venne ripresa diversi anni dopo, nel 1549 su disegno di Gabriele Riccardi, e terminata nel Seicento dagli scultori Francesco Antonio Zimbalo, al quale si deve il protiro e i portali laterali, e Cesare Penna che completò la parte superiore su disegno di Giuseppe Zimbalo detto lo Zingarello (1646). Nel 1906 la chiesa fu elevata a Basilica da Papa Pio X.