Iglesia de una sola nave cubierta por bóveda de cinco tramos de crucería y cinco capillas laterales por lado entre anchos contrafuertes. El ábside es poligonal y presenta siete cerraduras con contrafuertes interiores y campanario octogonal detrás. La cripta se cubre con bóveda de crucería, cuyas nerviaciones están sostenidas por dos llaves de bóveda. El acceso al templo se realiza por dos puertas. La antigua entrada principal, situada en la calle Santa Maria, es de arco de punto redondo y conserva restos de pintura que representan la Crucifixión. La segunda puerta corresponde a la fachada actual, de estilo neogótico, que se abre en la Plaza de Jaume I. Presenta una gran puerta de arco apuntado y en el tímpano hay un grupo escultórico que representa la Coronación de la Virgen. Por encima del rosetón el coronamiento está a doble vertiente con arcos ciegos y pequeñas torres laterales.
Crucifijo del altar mayor (s. XVIII):
Crucifijo de marfil policromo que presenta el cuerpo de Cristo arqueado hacia la izquierda, quizás debido a la forma de la pieza de marfil, y de forma redondeada, con las piernas juntas y los pies cruzados. La cabeza, con el pelo largo, está decantada hacia la izquierda y atrás y queda muy por debajo de los brazos levantados. Estilo amanerado. La cruz es moderna, de plata.
Órgano (1942):
Composición arquitectónica de madera, ordenada en tres pisos mediante arcos de medio punto y rebajados y molduras entre sí. Frontón triangular y pequeños pináculos en el coronamiento. Canecillos y estípites en la parte inferior, en forma de balcón con fachada de polígonos moldurados. Esta estructura está rellenada con tubos metálicos a los que a menudo se añaden ornamentos de madera calada de temática vegetal.
Entierro de la cripta (1916):
Grupo escultórico de mármol blanco realizado por Josep Llimona i Bruguera, formado por Cristo difunto, yacente sobre una cama y tapado por San José de Arimatea con una sábana, con Nicodemus detrás. A sus pies está María Magdalena, en la cabecera la Virgen María con San Juan y en primer término María Salomé.
Obra figurativa realista estilizada, propia de la estética modernista.
Fue costeada por el obispo Torras i Bages, tal y como lo indica una inscripción.
Claves de vuelta de la cripta (s. XVI):
Dos llaves de bóveda de contorno redondo.
Una presenta el tema de la Resurrección, con Cristo triunfante, sobre la tumba, con una cruz a una mano y otra altura, un paño que le cubre parcialmente el cuerpo, sujetado con una hebilla y una orla cruciforme en la cabeza. Dos soldados, vestidos con armadura, uno a ambos lados, están en actitud de caer atrás.
La otra presenta el tema de la Piedad, donde la Virgen, con túnica y las piernas excesivamente largas, lleva a Cristo en su regazo y tiene una pierna sobre la otra y el brazo caído hacia la espalda.
Altar de San Félix en la cripta (s. XX):
Altar de mármol blanco formado por la figura de San Félix vestido de sacerdote, con las manos plegadas sobre el pecho, dispuesto sobre un pedestal con relieves en forma de palma del martirio, un hacha y una corona de rosas y ornamentado con guirnaldas de rosas y hojas de laurel. A los pies se encuentran las figuras de dos ángeles vestidos con túnicas que se apoyan en el pedestal en actitud de llorar y las alas desplegadas alrededor.
Esmalte de la Santa Cena del altar mayor (s. XX):
Esmalte sobre metal policromo, con la escena religiosa que representa la Santa Cena. Todas las figuras ocupan completamente el espacio y están dispuestas simétricamente en torno a una central, Cristo. Todas las figuras llevan túnica y están de pie menos las dos más cercanas a la central, que están arrodilladas frente a la mesa, sobre la que está dispuesto el pan y el vino. Figurativismo realista esquematizado.
Pinturas de la puerta de Santa María (s. XIV):
Restos de pinturas policromas dispuestas en el centro de la arquivolta exterior y la pared lateral superior de la puerta de Santa María. Está representada la Crucifixión, con la figura de la Virgen y el sol a la derecha y San Juan y la luna a la izquierda y personajes con orla bajo arcadas. Figuras estilizadas y sinuosas propias del gótico.
Fueron halladas en 1973 y están en grave peligro de degradación irreversible.
Rejas de las capillas laterales:
Las rejas interiores tienen las puertas formadas por barrotes que se unen en lo alto, creando arcos simples, dobles o triples, conopiales o rebajados, a veces superpuestos y algunos polilobulados. Las rejas acaban formando unos arcos apuntados entre los barrotes y una cornisa de follajes góticos de hojas de acanto estilizadas, rosetas y tréboles esquematizados por encima de la cual se levanta un coronamiento de pinchos que alternan los siguientes temas: agave de pinchos y flores, granada de pinchos y flores y espiral de pinchos.
Retablo de Sant Ramon de Penyafort (s. XX):
Retablo realizado por Rafael Solanic i Balius, formado por una escultura exenta central de Sant Ramon de Penyafort rodeada de paneles de bronce repujado con escenas de la vida del Santo y enmarcados por montantes y dinteles de madera y mármol sin moldurar. La estatua es de madera policromada y representa al Santo vestido de fraile con las manos sobre el pecho llevando un libro. Del cinturón le cuelga una llave y a sus pies tiene una tiara. En los repujados existe una principal valoración del volumen y del espacio mediante la introducción de elementos arquitectónicos.
Estatua de Santa Lucía:
Escultura de madera policromada. Figura femenina joven y derecha, vestida con túnica y manto, con la cabeza y el cuerpo ligeramente arqueados hacia lados contrarios y con una pierna que soporta el peso y la otra un poco avanzada y apoyada. Lleva orla y trenzas y en una mano la palma del martirio y en la otra un plato con los ojos.
Rejas exteriores (s. XX):
Durante las reformas de la fachada principal realizadas entre 1903 y 1905 se derribó el palco renacentista y se sustituyó por una portalada neogótica que aprovechaba el basamento original medieval. Las rejas exteriores de hierro forjado las encontramos a ambos lados de la portalada principal que se abre en la Plaza de Jaume I, y también flanqueando el portal de Santa Anna, en la calle de Santa Maria. El trabajo de forja de las rejas de la portalada principal combina los barrotes de sección cilíndrica circular lisa y en espiral rematados con motivos florales retorcidos. Destacan los dos dragones que flanquean la entrada. Las rejas del portal de Santa Anna son de tamaños inferiores y alternan también los barrotes lisos y en espiral rematados por hojas y acantos forjados.
Pinturas de la Capilla del Santísimo (s. XX).
Los frescos de la Capilla del Santísimo fueron realizados por el pintor de Vilafranca Lluís Maria Güell entre 1941 y 1944. Estas pinturas decoran los muros laterales, a ambos lados del altar mayor donde se encuentra el grupo escultórico del calvario obra de Enric Monjo, y la cúpula de la capilla. Los frescos de los muros representan seis episodios de vidas de santos y están separados por pilares adosados. Las pinturas de la cúpula se encuentran enmarcadas en orlas y representan el tema de la Gloria celestial.
Vitrales del ábside (s. XX):
El conjunto de siete vidrieras del ábside fue sufragado por Ramon Pujol Güell y se instalaron a partir del año 1959. El vitral central del ábside representa diferentes episodios de la vida de la Virgen y fue diseñado por Pau Boada y Josep Brugal. En los seis vitrales restantes, tres a ambos lados del ábside, están representadas, en el lado norte, la creación del mundo, la expulsión del paraíso y la genealogía de Cristo. En el lado sur están representados: la anunciación, el apocalipsis y la coronación de la Virgen. Estas tres últimas vidrieras fueron diseñadas por Pau Macià.
La Basílica de Santa María forma parte del conjunto histórico y monumental más importante de Vilafranca. Documentada en 1188 en el reinado de Alfonso I. Fue reconstruida en el siglo XIII, habiendo experimentado remodelaciones diversas a partir de ahí.
El edificio actual es del siglo XV (consagración de 1489) y la cripta del siglo XVI (1561). Entre los siglos XVIII y XIX tuvieron lugar obras importantes, como la reforma de la bóveda, derrumbada en 1735, la del campanario (1775, 1860, 1919) y la construcción de la Capilla Santísimo, en 1809. A inicios del siglo XX, la fachada principal renacentista fue sustituida por la neogótica. La reforma se llevó a cabo entre 1903 y 1905 según proyecto de August Font y bajo la dirección de Santiago Güell. En 1934 se incendió y, de forma inmediata, se emprendió la reconstrucción bajo la dirección de Jeroni Martorell. En 1935 la Generalitat la declaró Monumento Histórico-Artístico.