Bazilika Nanebevzetí Panny Marie byla vystavěna jako třílodní románská basilika dlouhá 56 m a 22 metrů s příčnou lodí a dvěma hranolovitými věžemi. Tuto podobu si však dlouho nezachovala, protože po požáru v roce 1258 byla goticky přestavěna. Plochý dřevěný strop nahradila klenba a k severní boční lodi byla přistavěna kaple sv. Voršily.
Po vyplenění husity a dlouhém chátrání začala za opata Jana Lohelia její oprava a přestavba v renesančním stylu. Loheliův nástupce, opat Questenberg, nechal basiliku směrem k západu prodloužit a zbudovat nové průčelí. K jižní lodi byla za něj přistavěna kaple Panny Marie Pasovské.
V roce 1742 byla bazilika znovu poničena, a to za francouzského bombardování Prahy. Pod vedením italského architekta A. Luraga následovala barokní úprava stavby, jejíž výsledkem je v podstatě dnešní podoba basiliky.
Dnes má hlavní loď basiliky délku 63 metrů, šířku 10 metrů a výšku 16 metrů. Je ukončena apsidou, v níž se nachází oltář ze sliveneckého mramoru od J. Lauermanna z roku 1768. Od něj pochází i deset postranních oltářů umístěných u pilířů oddělujících hlavní loď od bočních. Sochařská výzdoba hlavního oltáře je od Ignáce Platzera z roku 1768. Na deseti bočních oltářích zasvěcených Narození Páně, Božskému Srdci Páně, sv. Janu Nepomuckému, sv. Máří Magdaléně, obrácení sv. Pavla, sv. Martinovi, sv. Anně, sv. Augustinovi, sv. Patronům českým a Navštívení Panny Marie jsou obrazy od J.K.Lišky, M.L.Willmanna a F. Palka. Sochařská výzdoba oltářů je pochází z dílny J. A. Quitainera.
Nový oltář podle obnovené liturgie II. vatikánského koncilu pochází od Egina Weinerta z Kolína nad Rýnem.
Západní strana basiliky je ukončena kruchtou na níž jsou varhany postavené v roce 1774 strahovským premonstrátem L. Oehlschlaeglem. V roce 1787 na nich při své návštěvě Strahova improvizoval W. A. Mozart.
K jižní boční lodi basiliky je přistavěna kaple Panny Marie Pasovské s hrobkou hrdiny třicetileté války, generála Pappenheima.
Klenba kostela byla v roce 1774 vymalována J. W. Neunhertzem, který zde vytvořil cyklus fresek s mariánskými motivy. Podél stěn hlavní lodi v kartuších od A. Palliardiho jsou fresky s výjevy ze života sv. Norberta od J. W. Neunhertze.
K severní boční lodi přiléhá kaple původně zasvěcená sv. Voršile, dnes sv. Norbertovi. Zde na hlavním oltáři ve zlaceném mosazném sarkofágu je v ebenové rakvi pohřbeno tělo zakladatele premonstrátského řádu a později magdeburského arcibiskupa s. Norberta. Jeho ostatky byly na Strahov převezeny opatem Questenberkem v roce 1627 a v roce 1873 přeneseny z hlavní lodi basiliky sem do této kaple, kde odpočívají v blízkosti Nejsvětější svátosti oltářní dodnes.
Strahovský kostel byl 6. listopadu 1991 povýšen papežem Janem Pavlem II. na basiliku minor.