A Lipótváros első kis temploma 1808-ban épült, ez a szabadságharc idején megrongálódott s le kellett bontani. A városrész gyors fejlődésére való tekintettel a városi tanács már ezt megelőzően, 1845-ben megbízta Hild Józsefet, a kor legtekintélyesebb építészét egy nagy, reprezentatív templom terveinek elkészítésével. (Hild tervezte az esztergomi és az egri bazilikát is.) A Bazilika felépítésére vonatkozó végleges döntést 1851. június 14-én hozta meg az Építési Bizottmány, az ünnepélyes alapkőletételre 1851. október 4-én került sor.

A beruházásra szánt pénz azonban kevésnek bizonyult, a kivitelezés nehézkesen haladt. 1858-ban Ferenc József uralkodó évi 40 ezer forintot helyezett kilátásba hozzájárulásként azzal a feltétellel, hogy a város mindenkor ugyanilyen összeget adjon. 1867 márciusában meghalt Hild, a templom további tervezésével és művezetésével Ybl Miklóst bízták meg.

1867 végén újabb nehézségek jelentkeztek. A különböző minőségű kövekből épített, hosszú éveken át szabadon álló pillérek nem bírták el a kupoladobot és 1868. január 22-én leomlottak, a romok eltakarítása után az építkezés 1875-ig szünetelt. Ybl ezalatt átdolgozta Hild terveit, ezért a kelet-nyugati homlokzat az eredeti klasszicista felfogást tükrözi, míg a főhomlokzat és a mai Bajcsy-Zsilinszky útra néző hátsó homlokzat már neoreneszánsz stílusban készült. A kupola teljes vasszerkezetét csak 1889-ben tudták felszerelni, a nagykupola csúcsára a két és fél méteres keresztet október 19-én tűzték fel. Pontosan 23 évvel a kupoladob beomlása után, 1891. január 22-én elhunyt Ybl Miklós is, s a még hátralévő munkálatokat Kauser József irányította.

A Bazilikát 1905 novemberében Kohl Medárd esztergomi segédpüspök szentelte fel, a zárókövet 1906. december 8-án Ferenc József jelenlétében helyezték el. A templomot 1931-ben XI. Pius pápa Basilica minorrá nyilvánította, 1993-ban pedig II. János Pál pápa a Főegyházmegye társszékházi rangjára emelte.

A II. világháború alatt az épület súlyosan károsodott, helyreállítás közben, 1947-ben tetőzete is leégett. A burkolat egy részét az 1980-as években egy vihar leszakította, ez indította el 1984-ben a templom rekonstrukcióját, amely 2003. augusztus 8-án fejeződött be. Az épület 2001 óta az egyház tulajdonában van.

A Szent István Bazilika Budapest legnagyobb, Magyarország rangban második temploma, amely 8-10 ezer ember befogadására alkalmas. A görögkereszt alaprajzú, északi és déli kápolnasorral övezett, 4147 négyzetméter alapterületű templomot kettős kupola koronázza. A 22 méter átmérőjű belső kupola magassága 65, a templom teljes magassága 96,3 méter, a főhomlokzatán két 57 méter magas toronnyal. A Duna közelsége miatt hatalmas alapokat és három pinceszintet kellett építeni, így majdnem akkora ház van a föld alatt, mint felette.

A templom Szent Jobb kápolnájában őrzik az első magyar király, Szent István jobb kézfejét. A Bazilika 1990-ben a német Neue Bildpost keresztény hetilap adakozásából kapott új harangot a német csapatok által 1944-ben lefoglalt helyébe.