O propósito de construir um templo expiatório dedicado à Sagrada Família em uns novos terrenos do Eixample barcelonês foi do livreiro Josep Maria Bocabella, para o que fundou a Associação de Devotos de São José. Para isso foi adquirido um quarteirão inteiro do Eixample num lugar conhecido como El Poblet, perto do Camp de l'Arpa, em Sant Martí de Provençals, entre as ruas Provença, Maiorca, Marina e Sardenya.[1]

O projeto foi entregue em primeiro lugar a Francisco de Paula del Villar y Lozano, que propôs um conjunto neogótico, recusando a sugestão de Bocabella de fazer uma réplica do Santuário da Santa Casa de Loreto.[2] O projeto de Villar consistia numa igreja de três naves, com os elementos típicos do gótico, como os vitrais alveolados, os contrafortes exteriores e um alto campanário em forma de agulha. A primeira pedra foi colocada a 19 de março de 1882, dia de São José, com a presença do então bispo de Barcelona José María Urquinaona. Gaudí assistiu à cerimónia, já que tinha trabalhado como ajudante de Villar em vários projetos.[3] As obras não se iniciaram até 25 de agosto de 1883, sendo adjudicadas ao empreiteiro Macari Planella i Roura.[4]

Em 1883, Villar renunciou por desavenças com Joan Martorell, arquiteto assessor de Bocabella.[5] O projeto foi oferecido ao próprio Martorell, mas, ao recusar, este foi oferecido a um jovem Gaudí de 31 anos; Gaudí fora ajudante de Martorell em várias construções, fato que motivara a recomendação de Gaudí, que ainda não executara grandes obras. Ao encarregar-se Gaudí do projeto, modificou-o por inteiro — salvo a parte já construída da cripta — imprimindo-lhe o seu estilo peculiar. Durante os remanescentes 43 anos da sua vida trabalhou intensamente na obra, os últimos 15 anos de forma exclusiva. Esta dedicação tão intensa tem a sua explicação, para além da magnitude da obra, pela circunstância de Gaudí definir muitos aspetos à medida que a construção avançava, em lugar de os ter concretizado previamente nos seus planos e instruções. Por isso a sua presença pessoal na obra era de grande importância.

Durante a vida de Gaudí somente foi feita a fachada da Natividade,[6] com escultura de Carles Mani, Llorenç Matamala e Joan Matamala, contando com os desenhos de Ricard Opisso; Gaudí apenas chegou a ver coroada a torre de São Barnabé antes do seu falecimento. À morte de Gaudí encarregou-se das obras o seu ajudante Domènec Sugrañes, durante os anos 1926-1936, acabando as três torres que ficavam na fachada da Natividade.[7]

Durante a Guerra Civil Espanhola ficou destruída na sua maior parte a oficina na qual Gaudí trabalhara, e onde se encontravam os seus croquis, maquetes e modelos.[8] Por esta causa e pela particular maneira de trabalhar Gaudí, não ficaram planos nem diretrizes a respeito de como devia terminar-se o templo. Portanto, quando em 1944 prosseguiu a construção da Sagrada Família, teve de definir-se em primeiro lugar como devia proceder-se, para edificar o templo da forma mais fiel aos princípios de Gaudí.

 Gaudí mostra as obras do templo ao núncio apostólico do Vaticano, Francesco Ragonesi (1915). Naquela ocasião Ragonesi qualificou Gaudí como "o Dante da arquitetura" e afirmou que "a sua obra é um dos maiores poemas cristãos em pedra".[9]

À frente desta gigantesca tarefa estiveram os arquitetos Francesc Quintana, Isidre Puig i Boada e Lluís Bonet i Garí, enquanto da obra escultórica se encarregou Jaume Busquets.[10] Posteriormente, quando se construiu a fachada da Paixão, o conjunto principal das figuras escultóricas foi encarregado a Josep Maria Subirachs.[11] As obras deste último originaram certa polêmica, devido a ter criado esculturas totalmente contemporâneas afastadas do estilo realista que Gaudí incluiu na fachada da Natividade. O escultor japonês Etsuro Sotoo colaborou em algumas esculturas da fachada da Natividade.[12] Desde 1987 que as obras estão sob a direção do arquiteto Jordi Bonet i Armengol.

Um dos pontos que suscitou maior controvérsia em relação ao templo é a sua situação no tecido urbanístico de Barcelona: quando começaram as obras encontrava-se num descampado, mas rapidamente ficou integrado no rápido desenvolvimento da cidade em princípios do século XX. Em 1905 Gaudí realizou um projeto para englobar a Sagrada Família dentro do Plano Jaussely, o novo projeto de alargamento barcelonês: concebeu situar o templo dentro de uma zona ajardinada em forma de estrela octogonal, que teria proporcionado uma excelente visão do templo a partir de todas as zonas circundantes. Finalmente, devido ao custo dos terrenos, reduziu o projeto a uma estrela de quatro pontas, que permitia uma ampla visão de todos os vértices.[13] Contudo, o plano de Gaudí não se levou a cabo: em 1975 a Câmara Municipal de Barcelona realizou um estudo urbanístico que previa reabilitar uma zona em forma de cruz em torno da Sagrada Família, com quatro praças ajardinadas em cada extremo do templo;[14] mesmo assim, atualmente existem apenas duas destas praças, e a criação dos novos espaços implicaria demolir vários edifícios, pelo qual ainda se estuda a solução ideal para enquadrar a Sagrada Família numa envolvente apropriada.

O Templo da Sagrada Família teve vários eventos destacados: em 1920 celebrou-se o Ano Jubilar de São José com procissões, peregrinações e missas, e cantou-se o Aleluia de O Messias de Händel por mil cantores de orfeões vindos de toda a Catalunha, dirigidos por Lluís Millet.[15] Em 1953, por ocasião do 35º Congresso Eucarístico Internacional celebrado em Barcelona, foi inaugurada a iluminação artística da fachada da Natividade.[16] Em 1981 abriu-se a praça Gaudí frente à Sagrada Família, com um projeto de jardins de Nicolau Maria Rubió i Tudurí, onde se destaca o tanque, em cujas águas fica refletido o templo.[17] Ao ano seguinte, por ocasião do centenário da colocação da primeira pedra, o templo recebeu a visita do Papa João Paulo II.[18] Igualmente, a 18 de março de 2007 foi comemorado o 125.º aniversário da colocação da primeira pedra do templo com uma festa, concertos e bailando uma sardana em redor de todo o templo.[19] O templo é palco habitual de numerosos atos culturais e encontros religiosos.[20]