W XV wieku, na polecenie papieża Juliusza II, rozpoczęto budowę bazyliki oraz dodano marmurową obudowę sanktuarium. Obudowa to płaskorzeźby przedstawiające sceny z życia Maryi. Pokazują one jej narodzenie, zaślubiny z Józefem, zwiastowanie, nawiedzenie św. Elżbiety, narodzenie Jezusa, pokłon pasterzy i pokłon trzech króli, scenę zaśnięcia oraz zgodną z legendą, scenę przeniesienia domku przez aniołów.
Bazylika na planie krzyża łacińskiego została postawiona w taki sposób, że wewnątrz bazyliki, dokładnie w jej centrum, umieszczony został domek loretański. Nad nim umieszczona jest kopuła, a w nawach bazyliki znajduje się 12 kaplic.
Domki loretańskie w Polsce i innych krajach Kaplice loretańskie szczególnie popularne były w Polsce i krajach katolickich w II połowie XVII i XVIII wieku. Jednym z ich polskich propagatorów był Jakub Sobieski, ojciec króla Jana III Sobieskiego.