現今的萬金聖母聖殿，佔地526平方公尺，外觀為灰白顏色的長方體建築，西正面左右兩側有突出的方形角塔，南角塔築有一鐘座，懸掛1892年製作的古老大鐘；中央山牆可分成三部份：上方牆面嵌有黑白皇冠及十字盾牌的圖騰，此為道明會會徽，頂端豎立十字架；中段有一磚造窗臺，懸掛羅馬教宗牧徽，並鑲嵌「萬金聖母聖殿」字樣，顯示此座教堂作為宗座聖殿的特殊地位，而「奉旨」及「天主堂」兩塊聖石，則是清代同治皇帝於1874年親賜，肯定萬金教會以宗教撫民之貢獻，維護其傳教的自由；下方紅磚砌造的圓拱門，即是此座建築的主要入口。

踏入聖殿，腳下的鋪地紅磚向前延伸，潔淨的白色牆面，搭配木頭材質的窗櫺及長椅，形成沉穩而寧靜的氛圍，彷彿將南台灣的熱烈豔陽隔絕在外。建築的內部空間可分為中殿及兩側通廊，並以白色圓柱作為區隔，西側有二樓夾層，整體約有350個座位。中殿末端為環形殿，左右側通廊的盡頭分別設有聖體龕及聖道明的畫像。環形殿為神職人員舉行彌撒聖祭的位置，設置祭台、讀經台、主禮者座位，皆以白色石材製作而成；中央有一融合中西造型元素之聖龕，供奉「始胎無染原罪聖母」聖像，前方設置木雕基督苦像，兩旁則有四組描繪福音書作者的彩繪玻璃，使教堂成為神聖而莊嚴的宗教場域。