Progettato da Giovanni Michelucci e realizzato tra il 1964 e il 1967, il santuario ha pianta trapezoidale, irregolare, con una serie di percorsi interni che si sviluppano attorno all'aula principale, posta circa quattro metri sotto il piano stradale.
L'ingresso avviene mediante un nartece, dal quale dipartono due percorsi: uno conduce all'interno al piano del matroneo, l'altro, tramite una scalinata coperta, prosegue lungo il sagrato fino all'aula inferiore.
La copertura dell'edificio è costituita da due falde che poggiano su archi parabolici.
Questi spazi ripropongono temi cari a Michelucci, già emersi nella celebre chiesa dell'Autostrada del Sole.