De estilo neo-romano y construida en forma de cruz, la Basílica tiene una altura de alrededor de 100 metros, desde el piso hasta la punta de los campanarios. Tiene cerca de 60 metros de ancho a lo largo de los transeptos y 50 metros de fachada. El edificio se extiende sobre casi 100 metros de fondo.

El tímpano, ó bajo relieve de la fachada, ilustra a Santa Ana en toda su gloria. A sus pies, en ambos lados, un largo friso ilustra momentos importantes de la historia de nuestra devoción, la cual representa una gran parte de la sociedad de Quebec. Justo encima del tímpano, el Ángel del Peregrino vela por los miles de fieles seguidores que vienen a visitar a Santa Ana cada año. Y finalmente, en lo alto, los 12 apóstoles encuadran el rosetón de la gran ventana.

Diferentes estatuas decoran la fachada: María, José, Joaquín, Juan Bautista, el Monseñor Francisco de Laval y María de la Encarnación. Todas ellas son obras maestras del escultor quebequense Emile Brunet.

Las puertas principals de la Basílica, recubiertas de cobre repujado a mano y realizadas por el artista Albert Gilles, presentan diversas escenas de la vida de Jesús. Sobre el pináculo, entre las dos torres de los campanarios, se encuentra la estatua de Santa Ana, la cual fue salvada de la destrucción de la la primera Basílica causada por el incendio de 1922.