1864年法国教会专门请来两位建筑师VONUTRIN和HUMBERT主持，仿巴黎的圣克洛蒂尔德设计。教堂的真正指挥完成建造全是由广东揭西坪上镇尖田村的石匠——蔡孝所完成的，所以现在看到的这幢奇特的哥特式建筑里，又溶入了不少中国元素，整座教堂的建造，全用了中国的土办法糯米桐油代替水泥，这样既防水又牢固，穹顶石块也从中凿双孔中用铁枝穿起来，这样更牢固，教堂楼顶的出水口，也改成了中国狮子造型，地板也改掉了原先设计的石块改成广东大阶砖，这样防湿性更好，门上也刻上了广式木雕。等到1888年教堂峻工，蔡孝已由原来二十几岁的小伙子变成了五十多岁的老人。但这已是比较短的教堂建筑时间了,巴黎圣母院建了87年,而德国科隆主教堂更是建了7个世纪才完成。

石室圣心大教堂内部

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

石室圣心大教堂内的圣母雕塑

石室一共经历了两次重大事件，一是抗日战争期间，一架日机撞上了塔尖避雷针，撞在教堂前的沧海茶楼，并爆炸，部份拿破仑时期的彩色玻璃被震碎。第二次才算是颠覆性的破坏，在文化大革命中，石室遭到了重大破坏，所有宗教油画被撕掉，抗战后剩下的部份拿破仑时期的彩色玻璃全被打碎，花窗被打碎，所有经书和讲道用有跪板的长椅堆成小山在教堂里焚烧掉，石壁石柱部份被烧得爆裂，历经数次修复,至今可见烧痕。楼顶的狮头排水口全用铁锤打碎，文革期间，这里一度成了垃圾处理场。            1979年7月，市政府重新落实了宗教信仰政策，开始筹备重新开放石室。目前广大信徒过着正常的宗教生活，世界各地的信徒和游人也到石室观光。石室天主堂周围，一年四季树木常青，鲜花簇拥，五彩缤纷。教堂内外环境优美、宁静。古老的大教堂，现已向游人开放，重新焕发了青春。

教堂内色彩鲜艳的彩色玻璃

2004年7月，石室教堂第三次大修开工。此次大修费用达2000万元。大修前，石室教堂只能用一些普通玻璃代替花窗，此次修复的一大重头戏就是全部换上专从菲律宾定制的98扇特殊玻璃，这些玻璃可说是“价比黄金”，700平方米共耗资430万元。而玻璃图像则以《旧约》、《新约》里的故事、代表人物为原型，刻画了包括耶稣诞生、耶稣受洗、最后晚餐等约60个圣经故事。在这次大修中，教堂又重新安装了机械大钟，现已开始运行。每天早上9时到晚上10时，逢正点报时，大钟都会自动敲响，声音可传到几公里外。1996年被公布为全国重点文物保护单位。