La basilica di Sant'Eufemia sorge nell'omonima piazza del centro storico di Milano, lungo corso Italia, di fianco all'ex chiesa di San Paolo Converso. L'edificio, esternamente in architettura neoromanica, presenta una facciata a salienti, preceduta da un piccolo portico di tre arcate a tutto sesto su colonne marmoree; le pareti interne e la volta di quest'ultimo presentano una ricca decorazione musiva che richiama quella del mausoleo di Galla Placidia a Ravenna. In corrispondenza di ciascuna delle due navate laterali si aprono un rosone ed un portale leggermente strombato con lunetta. Al centro della facciata, si apre un terzo rosone, più grande rispetto agli altri, circondato dai bassorilievi con i simboli dei quattro evangelisti.

L'interno della chiesa, in stile neogotico, è composto da tre sezioni distinte: l'avancorpo ottocentesco, la navata e l'abside. Sia le pareti, sia le volte sono riccamente decorate con affreschi policromi. L'avancorpo, di due campate, è diviso in tre navate coperte con volta a crociera. Sulla sinistra, si trova il battistero, con fonte battesimale marmoreo. La navata, larga quanto tutto l'avancorpo e più alta, è costituita da due campate con volta a crociera e presenta una serie di quattro cappelle laterali sul fianco destro. Sulle pareti laterali si aprono delle alte monofore a sesto acuto. L'abside semicircolare, preceduta da un coro a pianta quadrangolare, ospita l'altare maggiore in marmi policromi, realizzato da Spirito Maria Chiappetta la cui mensa, dopo il Concilio Vaticano II, è stata staccata dall'alzata e collocata più avanti.

Tra le opere scultoree va menzionata la Tomba Brasca realizzata dallo scultore Cristoforo Solari detto il Gobbo. Degne di nota anche le opere pittoriche lo Sposalizio di Santa Caterina olio su tela di scuola leonardesca, attribuito da alcuni alla mano di Marco d'Oggiono nella prima cappella a sinistra della navata. Ora la chiesa conserva anche la tela con la Pentecoste di Simone Peterzano traslocata qui dalla vicina chiesa di San Paolo Converso. Nella terza cappella si trova una tela raffigurante la Madonna con Bambino e Santi, di Marco d'Oggiono; la tela con la Madonna del Santo Rosario è opera di Augusto Lozzia.