建筑规模
　　教堂建筑总面积为2754平方米，东西宽35米，南北长78.69米，由地面到塔尖高58.5米，是天主教广州教区最大教堂，国内现存最宏伟的双尖塔哥特式建筑之一，东南亚最大的石结构天主教建筑，也是全球四座全石结构哥特式教堂建筑之一，当时耗资40万法郎，可与闻名世界的法国巴黎圣母院相媲美。

建筑风格
　　圣心大教堂几乎具有哥特式教堂的所有构图元素，既有早期建筑风格的彩色玫瑰窗、透视门等，又具中、晚期建筑风格的双钟楼尖塔等。另外，尖顶拱券、飞扶壁、石束柱等构件运用得得心应手，构图的完美，比例的准确，使其成为屹立于东方的一个非常纯正的欧洲中世纪天主教堂。

建筑结构
　　该教堂正面是一对高耸的尖顶石塔，象征升向天堂，皈依天主；石塔中间西侧是一座大时钟，石塔中间东侧是一座大钟楼，装有四具从法国运来的大铜钟；西边钟楼的西、南、北三个塔面安装有罗马字钟面的时钟，东边钟楼内悬挂着以圣母玛利亚命名的铜钟组；正立面的钟楼上耸立尖塔，是哥特式教堂建筑风格的特征，也是建筑造型艺术魅力的内是尖形肋骨高叉的拱形穹窿；正面大门上面和四周墙壁分布的花窗棂，都是合掌式，所有门窗都以法国制造的较深的红、黄、蓝、绿等七彩玻璃镶嵌。这玻璃可避免室外强光射入，使室内光线终年保持着柔和，形成慈祥、肃穆的宗教气氛。充分展现：尖塔为空心的八角形锥体，用石块砌成，其下是三层楼房，尖塔越往上越陡峭，最后像锥尖刺向苍穹。

外观设计
　　圣心堂原占地6000多平方米，除教堂外，还有医院、神学院及中、小学校等房舍，现仅存教堂、主教府和东西的颐铎堂，门前为广场，周边为商铺及民居。教堂平面呈拉丁十字形，坐北向南，分为3层。底层开3个尖拱券门，门框外有层层退入的7对柱线与7层尖拱肋，中部正中有直径6米、石雕镂空的玫瑰窗。东西两侧的墙下方分别刻有“Jenuslem1863”和“Roma1863”拉丁文。二层当中是一用石头雕刻镂空的圆形玫瑰窗。三层为钟楼，一对八角形的尖形塔顶高峻陡峭，东塔装法式命名为“玛利亚”等圣名的铜钟4具，西塔安装机械时钟。堂内以二排纵向束柱把空间分为中厅和侧廊，采用尖形肋骨十字拱顶，东西两侧的外墙建有飞拱和飞扶壁，凌空斜撑。整座建筑的尖形拱窗、玫瑰窗、女儿墙及室内装饰精细，束柱的柱头以变形的麦穗作装饰，束柱柱础并在一起表示坚如磐石；出水口为中国传统风格的石狮式样。

　　石室教堂正面是典型的左右三段式和上下三段式格局，基座是三座尖拱门，中央大门最大，左右门对称，这三座门及东西两侧的横门都是层层叠叠的尖券门，具有很强的透视效果。门楣上有精致的石雕图案，中间是硕大的玫瑰花窗，两侧对称的窗子和三楼的两扇窗都是合掌式的，与大门一样的暗红色，同样装饰尖券，在上下两部分之间，都刻有排列有序的栏杆。

内部结构
　　走进教堂，左右各有10根巨型石柱支撑交叉、急剧上升的尖拱，使整个教堂内部保留着和外观一致的向上的升腾感觉。堂顶中间最高，两侧稍低，呈现起伏的态势。从大门向祭坛方向，由于石柱的排列和堂顶的尖拱结构，整个大堂有一种向上和向前延伸的感觉，渲染出庄重的宗教气氛。 　　
    石室中巨大的彩色玻璃窗最引人注目，正面、东面、西面各有直径7米的圆形玫瑰花窗，用深红、深蓝、紫黄等玻璃镶嵌。这些彩色玻璃窗历经百年，多有损坏，多用国产的蓝绿色玻璃修补。而在当时，这些玻璃窗上所绘的是圣经故事。