Đây là một quần thể kiến trúc gồm 1 nhà thờ lớn, 5 nhà thờ nhỏ cùng nhiều công trình khác trên khuôn viên rộng 22ha ở thị trấn Phát Diệm, huyện Kim Sơn, tỉnh Ninh Bình. Nét độc đáo của nhà thờ là phong cách kiến trúc mô phỏng đình chùa của người Việt cùng chất liệu xây dựng chủ yếu là đá và gỗ.
Công trình đầu tiên trong khuôn viên nhà thờ là tòa Phương Đình, một công trình kiến trúc cao 25m, rộng 17m, dài 24m gồm ba tầng được xây dựng bằng đá phiến, được trang trí bằng nhiều tượng và phù điêu khắc chạm trên đá hình ảnh chúa Jesus và các vị thánh với những đường nét thanh thoát.
Phía sau tòa Phương Đình là nhà thờ lớn. Nhà thờ này được xây dựng từ năm 1891 với tên chính thức là Nhà thờ Đức Mẹ Mân Côi, nay là nhà thờ Chính tòa của vị Giám mục Phát Diệm. Nhà thờ dài 74m, rộng 21m, cao 15m, có bốn mái và có năm lối vào dưới các vòm đá được chạm trổ.
Trong nhà thờ lớn có 6 hàng cột gỗ lim nguyên khối, hai hàng cột giữa cao tới 11m, chu vi 2,35m, mỗi cột nặng khoảng 10 tấn. Gian thượng của thánh đường có một bàn thờ lớn làm bằng một phiến đá nguyên khối dài 3m, rộng 0,9m, cao 0,8m, nặng khoảng 20 tấn.
Mái của nhà thờ lớn và Phương Đình đều không cao vút kiểu ngọn tháp như những nhà thờ Công giáo phương Tây truyền thống mà là dạng mái cong thấp như mái đình, mái chùa của người Việt.
Mỗi mặt bên trái và bên phải của nhà thờ lớn lại có 2 nhà thờ nhỏ nằm liền kề, gồm nhà thờ Thánh Phêrô, nhà thờ Thánh Giuse, nhà thờ Thánh Bôcô và nhà thờ Trái tim Chúa Jesus. Mỗi nhà thờ có một thiết kế khác nhau, cả về ngoại thất lẫn nội thất.
Đặc biệt, nằm phía sau khuôn viên nhà thờ Phát Diệm còn có một nhà thờ làm hoàn toàn bằng đá, từ nền, tường, cột, chấn song cửa với các phù điêu trang trí rất sinh động... Nhà thờ này được khởi công xây dựng từ năm 1883 với tên nguyên thủy là Nhà nguyện Trái tim Vô nhiễm nguyên tội Đức Mẹ.
Phía trước nhà thờ là một hồ nước hình chữ nhật. Giữa hồ có một hòn đảo được bài trí công phu bằng cây cảnh và non bộ. Trung tâm của đảo là tượng Chúa Jesus.
Nhà thờ Phát Diệm có tất cả 3 hang đá nằm cách nhau khoảng 100m, được tạo bằng những khối đá lớn nhỏ khác nhau giữ nguyên dáng vẻ tự nhiên. Trên các hang đá bài trí nhiều tượng thánh.
Các tác phẩm điêu khắc đá ở nhà thờ Phát Diệm đã đạt đến sự hoàn mỹ, thể hiện tài năng của những người thợ làm đá Ninh Bình từ hơn 1 thế kỷ trước.
Bên cạnh đó, nghệ thuật điêu khắc gỗ cũng góp phần làm nên giá trị kiến trúc độc đáo của nhà thờ.
Hiện nay, tỉnh Ninh Bình và các nhà nghiên cứu Nhật Bản đang hoàn thiện hồ sơ để đề nghị UNESCO công nhận nhà thờ đá Phát Diệm là Di sản văn hóa thế giới.