La basilique est bâtie sur un plan rectangulaire et est surmontée de deux imposantes coupoles. La plus grande fait 40 mètres de diamètre avec en son sommet une sculpture en bronze de 3 mètres de hauteur, œuvre d'Alessandro Monteleone représentant quatre anges portant une couronne surmontée d'une croix. La façade présente en son centre un bas-relief représentant l'apothéose de Don Bosco par Arturo Dazz et six statues représentant les archanges Michel et Gabriel (par Ercole Drei), Saint François de Sales et Giuseppe Cafasso (par Giovanni Amoroso et Antonio Venditti), et les papes Pie IX et Pie XI (par Francesco Nagni). Le portail principal est fermée par une porte en bronze de 10 mètres de hauteur avec la présence de quatre autres portails secondaires surmontés de statues. La basilique possède trois campaniles symétriques disposés sur l'arrière de l'édifice.
L'intérieur de la basilique est sur un plan classique à trois nefs séparées par des pilastres et un transept. L'énorme coupole, décorée de mosaiques de Augusto Ranocchi, illumine la travée centrale et des lustres en verre de Murano éclairent les deux nefs latérales. Les pilatres accueillent les sculptures du chemin de croix réalisé par Venanzo Crocetti. Les vitraux sont plus récents et sont l'œuvre de maitres verriers variés. Ils représentent l'Histoire de la Bible par Marcello Avenali et Lorenzo Bigotti, les Sept sacrements et les Œuvres de Miséricorde par Bruno Saetti, et enfin des vitraux dispersés dans l'église dus à Rolando Monti, Virgilio Guzzi et Luigi Montanarini. Le maître-autel sculpté dans un bloc monolithique de 10 tonnes représente le Calvaire et la mort du Christ. La mosaïque du fond s'étend sur 100 m et représente La Gloire de Saint Giovanni Bosco par Giovanni Brancaccio. Diverses œuvres d'artistes italiens du XX siècle décorent la basilique tels que Michele Gorrisi, Emilio Greco, Paolo Crida, Goffredo Verginelli, Baccio Maria Bacci, Attilio Torresini, Lorenzo Gigotti, Enrico Martini, Antonio Biggi, Primo Conti, Tommaso Bartolini, Mario Caffaro Rore, Emilio Notte, Oddo Aliventi, Silvio Consadori, Enzo Assenza.
Les orgues datant de 1959 sont composés de 5000 tuyaux jouant sur 70 registres.
