Сооружён в стиле модернизм по проекту известного архитектора Оскара Нимейера. Само здание состоит из 16 гиперболоидных колонн, символизирующих руки, воздетые к небу. Пространство между колоннами закрыто витражами. Из-за особенностей архитектуры внутреннее пространство заполнено светом, для большего визуального эффекта вход в главное помещение предваряется длинным тёмным коридором.
Так как Нимейер атеист, то католическая церковь очень долго отказывалась освящать собор. Из-за некоторых просчётов в зале очень слаба акустика и не продумана система вентиляции, а из-за того, что здание находится в солнечной местности и практически не имеет светозащиты, внутреннее пространство очень быстро нагревается. Глобальная реконструкция, проходящая во всех значимых зданиях столицы, должна устранить данные проблемы.
25 июля 2013 года во время XXVIII Всемирного дня молодёжи папа римский Франциск посетил собор и отслужил там мессу[5].