Basilikan uppfördes mellan 1875[1] och 1914 (invigning 1919[2]) för att markera bildandet av den tredje republiken. Initiativet togs av Romersk-katolska kyrkan, som såg den som ett "försoningsoffer" då Montmartre hade varit scen för många av händelserna under Pariskommunen 1871. Den tänktes också som ett monument över de döda i fransk-tyska kriget 1870–1871. Basilikan fullbordades dock inte förrän 1914 och invigningen ägde rum först 1919 efter första världskrigets slut. Oppositionen mot bygget var stor, både på politiska och estetiska grunder.

Basilikan ritades av arkitekten Paul Abadie och är byggd i romersk-bysantinsk stil, på platsen där Sankt Dionysius (Saint Denis) halshöggs[3][4] cirka år 262. Dess interiör är stämningsfull med ljus som strömmar in från de färgade fönstren. På taket under den stora kupolen finns en stor mosaik föreställande Jesus Kristus och nedanför denna mosaik finns en staty av Dionysius som knäböjer. Kyrkan har även många skulpturer, bland annat en föreställande Jungfru Maria. Kyrkan hyser över 500 statyer och många av statyerna har hämtat inspiration från antikens arkitektur.

Framför kyrkan finns den öppna platsen Square Louise-Michel, namngiven efter en lokal anarkist. Från platsen och upp till kyrkan är det 222 trappsteg.[5]