La construction de la basilique du Sacré-Cœur a été décidée au lendemain de la Première Guerre mondiale, pour remplacer l’église Saint-Adrien et Saint-Hermès, devenue trop petite pour un quartier en pleine expansion. La première pierre en fut posée le 7 novembre 1920, pour le second centenaire du vœu de Mgr de Belsunce lors de la peste de 1720, et le chantier de sa construction dura 27 ans. Sa conception est l’œuvre de l’architecte Théophile Dupoux, qui la conçut dans un style romano-byzantin. Malheureusement, celui-ci ne pourra assurer la totalité de la construction, en raison de son décès le 26 décembre 1924. Son fils prit sa succession. Le chantier de construction a été lancé par Mgr Fabre qui annonça la décision de construire la nouvelle église dans sa lettre pastorale de noël 1918. Lors d’une visite à Rome, le 8 mars 1921, l’archevêque de Marseille reçut les encouragements du pape Benoît XV, qui bénit cette œuvre, en invoquant
« … les soldats de Marseille morts pour la Patrie, les âmes généreuses qui aideront à la construction de cette église du Sacré-Cœur… ».
Après Mgr Fabre, trois autres évêques assumeront la responsabilité de la construction de la nouvelle basilique : Mgr Daniel Champavier (1923-1928), Mgr Maurice Dubourg (1928-1936) et Mgr Jean Delay (1937-1956). Monseigneur Delay en confia la réalisation au père Paul-Marie Barthélémy Dejean. Ce dernier ne ménagea pas sa peine à la réalisation de cet ouvrage, qui lui accorda le privilège de reposer dans un caveau de l’une des chapelles de l’édifice. La construction fut déclarée achevée au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, après 27 ans de travaux. La basilique fut consacrée le 5 mai 1947 par le cardinal Roques, archevêque de Rennes, alors que le programme architectural initialement prévu n’a pu être mené à bien. Cela donne à l’ensemble un aspect plus moderniste que l’esprit romano-byzantin initialement prévu par l’architecte. Le 17 septembre 1997, le pape Jean-Paul II érigea l’église du Sacré-Cœur en basilique mineure.
La basilique a été construite en pierres de taille provenant des carrières de La Roche d’Espeil à Sanary-sur-Mer dans le Var (soubassements et parties extérieures de l’édifice), de Saint-Symphorien, près de Bonnieux (Vaucluse) (intérieur de la crypte, socles des piliers et des colonnes), de Buxy (intérieur), ou encore de Saint-Gengoux, en Saône-et-Loire. Bâtie au-dessus d’une crypte qui occupe le quart de la surface totale, la basilique s’élève à 27,90 m. Elle devait être surmontée d’un clocher central dont la flèche élancée aurait culminé à 62 m, mais la construction de celui-ci fut abandonnée faute de moyens financiers. Des colonnes en granit — de Corse, pour les plus grandes, de Suède pour les autres — supportent une voûte dont le sommet atteint 22,50 m.
Les vitraux ont été réalisés par les ateliers Champigneulle à Paris, sur des dessins d’Henri Pinta (1856-1944), prix de Rome, originaire de Marseille, alors dessinateur en cette maison.
Dans les bas-côtés nord et sud, ils représentent notamment en 6 tableaux, numérotés et documentés par les inscriptions ci-dessous, l’histoire du Sacré-Cœur :
no I – Après la mort de NS Jésus Christ le soldat Longin transperce le cœur du Sauveur avec sa lance et se convertit – Don du clergé de Marseille (baie 10) ;
no II – Saint Jean Eudes célèbre pour la première fois l’office du Sacré-Cœur le 20 octobre 1672 à Caen (baie 11) ;
no III – Apparition du Sacré-Cœur de Jésus à Ste Marguerite-Marie à Paray-le-Monial – 1672 – Le père de la Colombière en prières (baie 13) ;
no IV – La Vble A M Remuzat inspire à Mgr de Belsunce en 1720 de consacrer Marseille au Sacré-Coeur pour obtenir la cessation de la peste (baie 14) ;
no V – Le 28 mai 1722 les échevins de Marseille font vœu d’assister à perpétuité à la messe le jour de la fête du Sacré-Coeur (baie 12) ;
no VI – Basilique du vœu national du Sacré-Cœur bâtie à Montmartre à Paris (auteurs et réalisateurs du vœu) (baie 9).
Une Pietà, œuvre du sculpteur Louis Botinelly, a été installée dans la basilique le 11 novembre 1948, jour de l’inauguration par Mgr Jean Delay de la chapelle de Notre-Dame de Pitié. Est conservé le cœur d’Anne-Madeleine Rémusat, visitandine de Marseille, morte le 15 février 1730.