Dedicato a Maria, invocata con il titolo di "Consolatrice", è considerato il più importante santuario della città e dell'Arcidiocesi di Torino, oltre che un vero capolavoro del barocco piemontese. Alla sua costruzione contribuirono alcuni fra i più illustri nomi dell'architettura, quali Guarino Guarini, Filippo Juvarra e Carlo Ceppi.

L'edificio è il risultato di numerosi interventi operati nel corso dei secoli. Gli ultimi ampliamenti si possono definire in tre grandi fasi di rimaneggiamenti, attuati tra il Seicento e gli inizi del Novecento. Il pronao tetrastilo, con colonne corinzie, fu realizzato in gusto neoclassico nell'ultimo rimaneggiamento del 1853, su disegni di Gioacchino Marone e Antonio Boffa, quindi arricchito nel 1910 da due statue di Luigi Calderini, raffiguranti il vescovo San Massimo e il Beato Valfrè. Esso introduce, dall'antistante piazza omonima, all'ingresso principale della basilica.

L'edificio è caratterizzato da una planimetria complessa e variegata, unica nel suo genere. Appena entrati, si è accolti dal grande corpus ellittico che anticipa la navata principale a pianta esagonale. Questa prima porzione è detta "aula di Sant'Andrea" e corrisponde all'antica navata unica della precedente chiesa di Sant'Andrea. Essa è riccamente decorata, con tre altari laterali: a sinistra la Cappella di Sant'Anna, con la pala d'altare di Rapous e la cappella mariana che ospita la statua della "Consolata" in argento sbalzato, a destra la Cappella del beato Cafasso. L'accesso frontale conduce alla navata centrale che invece è nota come "esagono guariniano", essendo stato rimaneggiato dal Guarini sul finire del XVII secolo. Lateralmente si aprono due coppie di cappelle ogivali che affiancano la cappella centrale, dove è collocato l'altar maggiore, disegnato da Filippo Juvarra.

L'antica cripta, originariamente posta sotto il presbiterio della precedente chiesa di Sant'Andrea, corrisponde alla attuale "Cappella delle Grazie", ed è visibile dal loggiato realizzato a un piano ammezzato nell'ultimo ampliamento del XX secolo.