Schema planimetrico a croce latina, ad aula unica, scandito in sette campate da pilastri rettangolari in cemento armato addossati alle pareti perimetrali e da esse aggettanti e concluso da un presbiterio isolato, di forma quadrangolare e rialzato di quattro gradini rispetto allo spazio assembleare.
Al di sotto della quota del piano di calpestio della chiesa, è presente una cripta, suddivisa in nove campate coperte con solai piani, sostenute da colonne centrali e da pilastri quadrangolari addossati alle pareti perimetrali e da esse aggettanti.
La facciata principale è completamente rivestita con diverse tipologie di materiale, delimitata da due alti pilastri protetti da elementi in metallo pressopiegato ed è preceduta da un pronao rettangolare tripartito.
Le bucature ed i volumi presenti all’interno della superficie verticale determinano tre ordini orizzontali di cui quello inferiore, completamente rivestito con lastre di pietra, contiene tre portali d’accesso tra i quali risalta il centrale impreziosito da sei formelle quadrate in bronzo fuso; la zona intermedia, distinta dalla precedente tramite il solaio inclinato del pronao antistante, è scandita orizzontalmente da fasce di rivestimento realizzato con lastre di laterizi del tipo klinker e sottili fasce di pietra; l’ordine superiore, infine, è un moderno frontone monocuspidato nel cui timpano è collocata una vetrata triangolare istoriata.
Nella zona posteriore, alla destra dell’edificio, si erge la torre campanaria troncopiramidale, a base quadrata, costruita in cemento armato e suddivisa in nove ordini rivestiti con sottili klinker, eccezion fatta per il solo primo registro che è rifinito con spessi conci di scorza di pietra.
Le superfici interne, protette nella parte inferiore da un rivestimento in lastre di granito, sono lisce, intonacate, completamente tinteggiate in bianco, prive di decorazioni degne di nota e concluse alla sommità da vetrate triangolari; i soli elementi strutturali sono, invece, colorati in ocra.

• Cripta
  • Al di sotto della quota del piano di calpestio della chiesa, è presente una cripta, suddivisa in nove campate coperte con solai piani, sostenute da colonne centrali e da pilastri quadrangolari addossati alle pareti perimetrali e da esse aggettanti. L’accesso al livello inferiore avviene dall’esterno o attraverso due scalinate simmetriche, ognuna disposta su tre rampe distinte costruite secondo uno profilo poligonale. La cripta, fornita di un ampio presbiterio rettangolare la cui parete di fondo è rivestita con doghe di legno verticali, presenta all’interno pregevoli elementi decorativi: si tratta di due icone della Madonna della tenerezza e di Gesù negli inferi, di un dipinto realizzato per mano del pittore locale Cotugno e, soprattutto, del paliotto in pietra scolpita dell’altare, ovvero un bassorilievo del XIV secolo raffigurante i Santi Medici con i tradizionali segni nelle mani ed una schiera di devoti oranti ai loro piedi.
• Pianta
  • Schema planimetrico a croce latina, ad aula unica, scandito in sette campate da pilastri rettangolari in cemento armato addossati alle pareti perimetrali e da esse aggettanti e concluso da un presbiterio isolato, di forma quadrangolare e rialzato di quattro gradini rispetto allo spazio assembleare. Sui fianchi dell’edificio sono presenti tre nicchie rettangolari e tre cappelle per fianco nelle quali sono custoditi alcuni elementi decorativi; inoltre, mentre in prossimità dell’ultima campata sono visibili due scalinate simmetriche, protette da balaustre in metallo sagomato, tramite le quali è possibile accedere al livello inferiore della sottostante cripta, alle spalle del presbiterio sono presenti due varchi che conducono alla sacrestia, all’ufficio parrocchiale e ad altri locali di servizio. L’accesso all’edificio avviene attraverso uno dei tre portali presenti sul prospetto principale che mettono in comunicazione diretta la chiesa con l’esterno e successivamente tramite due bussole laterali in vetro e metallo; in alternativa, il piano di calpestio dell’aula liturgica è raggiungibile tramite quattro accessi secondari disposti nelle testate dei bracci del transetto e forniti di bussole di composizione simile a quanto già descritto.
• Impianto strutturale
  • L'edificio presenta struttura portante intelaiata di travi e pilastri in cemento armato; lo spazio assembleare è scandito in sette campate da pilastri addossati alle pareti perimetrali e da esse aggettanti su cui scaricano sette travi calate cuspidate con solai simmetrici composti da superfici piegate tripartite; le solette inclinate dei due bracci del transetto ed il solaio dell’area presbiterale, invece, sono sostenuti da travi calate disposte radialmente. Sulle quattro arcate cuspidate che delimitano la porzione centrale del transetto, invece, è impostata un’imponente cupola a base esagonale sormontata da un elemento terminale piramidale.
• Coperture
  • Il sistema di copertura dell’intera aula liturgica si allinea alla sottostante e particolare sagoma curvilinea delle superfici piegate dello spazio assembleare e delle cappelle laterali, delle solette inclinate dei bracci del transetto e della cupola esagonale: la stratigrafia è definita dalla sovrapposizione di materiali coibenti per l’isolamento termico e guaine impermeabilizzanti; il tegumento esterno delle cappelle laterali e dell’elemento piramidale della cupola è realizzato con un rivestimento in lastre di rame. Seppur diversa tra le varie parti, l’inclinazione del sistema di copertura è tale da favorire il deflusso delle acque meteoriche, che vengono convogliate all’interno dei pluviali che discendono sui prospetti laterali.
• Prospetti
  • La facciata principale, prospiciente Piazza 26 Maggio 1734, è completamente rivestita con diverse tipologie di materiale, delimitata da due alti pilastri protetti da elementi in metallo pressopiegato ed è preceduta da un pronao rettangolare tripartito, sorretto da quattro pilastri poligonali rastremati verso il basso e coperto da un solaio composto da superfici piegate a tre cuspidi. Le bucature ed i volumi presenti all’interno della superficie verticale determinano tre ordini orizzontali di cui quello inferiore, completamente rivestito con lastre di pietra di diverse dimensioni disposte a corsi regolari, contiene tre portali d’accesso, inquadrati da stipiti modanati con fasce scolpite a listelli e composti da due ante in bronzo; il portale centrale, in particolare, è impreziosito da sei formelle quadrate in bronzo fuso, nelle quali l’artista Adolfo Rollo ha raffigurato pellegrini che si recano in devoto omaggio al santuario, il momento del martirio dei due Santi e, più in alto, la loro gloria; sul basamento sono inoltre collocati stemmi vescovili ed il titolo di Basilica Pontificia. La zona intermedia, distinta dalla precedente tramite il solaio inclinato del pronao antistante, è scandita orizzontalmente da fasce di rivestimento realizzato con lastre di laterizi del tipo klinker e sottili fasce di pietra, in due delle quali si legge la dedicazione della chiesa ai Santi Medici; l’ordine superiore, infine, è un moderno frontone monocuspidato nel cui timpano è collocata una vetrata triangolare istoriata. I due prospetti laterali, identici fra loro, sono scanditi da imponenti pilastri in cemento armato protetti da profili in metallo pressopiegato e, come la facciata principale, sono divisi in tre diversi ordini sovrapposti: quello inferiore, completamente cieco, corrisponde alle pareti estradossate delle cappelle laterali ed è rivestito con grossi conci di pietra; l'ordine intermedio presenta fasce sottili di pietra e laterizi klinker disposti orizzontalmente ed è aperto da una snella bucatura rettangolare per ogni campata dalla quale filtra luce naturale all’interno dell’aula liturgica; l'ordine superiore, infine, è concluso da sette cuspidi aggettanti che proteggono altrettante sottostanti vetrate triangolari. Le testate del transetto, così come la parete posteriore al presbiterio, sono rivestite per due ordini con pietre disposte a corsi regolari; da esse si distingue il tamburo della cupola esagonale rifinito con lastre di laterizi del tipo klinker; alcune porzioni del fianco occidentale sono occultate dai fabbricati adiacenti, di pertinenza dell’edificio.
• Torre campanaria
  • Nella zona posteriore, alla destra dell’edificio, si erge la torre campanaria troncopiramidale, a base quadrata, costruita in cemento armato e suddivisa in nove ordini sovrapposti da coppie di pilastri angolari e solai in laterocemento aggettanti dai piani verticali di facciata rivestiti con sottili klinker, eccezion fatta per il solo primo registro che è rifinito con spessi conci di scorza di pietra. Dal primo al settimo piano ogni lato è aperto da una bucatura rettangolare incorniciata dalla quale filtra luce naturale all’interno del corpo scala; il torrino, invece, distinto dagli inferiori tramite un piano belvedere in aggetto, è traforato sulle quattro facce da quattro monofore cuspidate, disposte su due ordini, ed è concluso da un elemento terminale con base a quattro cuspidi sulla quale poggiano due sovrapposti tronchi di piramide, di dimensioni differenti, sormontati da una croce in metallo.
• Scale
  • L'accesso all’edificio avviene tramite una scala piramidale composta da tre gradini in pietra che occupa l’intera facciata principale.
• Pavimenti e pavimentazioni
  • Il pavimento dell’aula liturgica è realizzato con lastre di granito rosa dei Pirenei; si distinguono l’asse centrale di percorrenza dell’edificio, due fasce perimetrali e l’intera area presbiteriale che sono evidenziati da elementi di granito rosso imperiale.
• interni
  • Le superfici interne, protette nella parte inferiore da un rivestimento in lastre di granito, sono lisce, intonacate, completamente tinteggiate in bianco, prive di decorazioni degne di nota e concluse alla sommità da vetrate triangolari; i soli elementi strutturali sono, invece, colorati in ocra. L’ingresso della luce naturale all’interno dell’edificio è garantito da venti bucature rettangolari con vetrate policrome istoriate, di cui quattordici collocate sui fianchi dello spazio assembleare ed altre sei sulle pareti del transetto e su quella retrostante all’area presbiteriale, e da una monumentale vetrata triangolare collocata nell’ordine superiore della facciata principale; maggiore è l’illuminazione diretta in prossimità del presbiterio, in quanto la cupola esagonale è aperta in basso da sei finestre triangolari dalle quali filtra luce naturale in direzione dell’altare e degli altri arredi liturgici. Alla controfacciata è addossata la cantoria, ovvero un solaio laterocementizio aggettante dal piano verticale, sostenuto da due pilastri in cemento armato e protetto da parapetti ciechi dello stesso materiale; sulla testata destra del transetto è collocato il sarcofago in marmo bianco nel quale riposano le spoglie del Vescovo Aurelio Marena. La continuità e l’integrità dei fianchi dell’edificio sono interrotte da tre nicchie rettangolari e tre cappelle per fianco nelle quali sono custoditi alcuni elementi decorativi, da due scalinate tramite le quali è possibile accedere al livello inferiore della sottostante cripta, e da due varchi, presenti alle spalle del presbiterio, che conducono alla sacrestia, all’ufficio parrocchiale e ad altri locali di servizio.
• Elementi decorativi
  • Le superfici verticali dell’edificio sono del tutto prive di decorazioni ma risultano scandite da cappelle laterali alternate a nicchie rettangolari nelle quali sono custoditi alcuni elementi decorativi: nelle cappelle del fianco sinistro, ad esempio, sono visibili un gruppo marmoreo realizzato dall’artista Palla di Pietrasanta, in cui San Giuseppe artigiano è insieme a Gesù adolescente, un mosaico, opera dell’artista romano Giorgio Saltelli, raffigurante la battaglia di Bitonto del 1734 ed in particolare l’evento dell’apparizione della Vergine Immacolata al generale Montemar, ed una riproduzione fedele della Pietà di Michelangelo; le sculture sono tutte disposte su piedistalli ottagonali in granito rosso imperiale. Nelle tre nicchie che interrompono l’integrità del lato sinistro sono disposte tre sculture in legno raffiguranti San Lorenzo, San Raffaele e Tobiolo; un’icona con l’immagine della “Sapienza incarnata” ed un’effigie a tutto tondo di Santa Teresa di Calcutta. Le cappelle del fianco destro dell’edificio sono, invece, impreziosite dagli elementi decorativi di seguito descritti: nella prima, su un piedistallo a base ottagonale, è conservato un gruppo scultoreo composto dal beato Nunzio Sulprizio, giovane artigiano di cui mons. Marena ha patrocinato la causa di beatificazione, e dal suo protettore, il colonnello Wochinger che dall’ospedale degli incurabili di Napoli lo accolse nella propria dimora; l’opera, di finissima fattura, è stata realizzata da Palla di Pietrasanta su disegno dell’artista Mario Colonna. La seconda cappella, che ospita un altare in marmo bianco, è dedicata al Santissimo Sacramento ed è decorata con un mosaico policromo, eseguito dallo studio milanese Mosaic Art, realizzato con tessere azzurre e dorate al centro delle quali troneggia una teca ottagonale in metallo dorato circondata da una raggiera e da schiere di angeli osannanti. L’ultima cappella destra custodisce le sculture marmoree di Sant'Agostino e di sua madre Santa Monica in mistico colloquio; due delle tre nicchie laterali, inoltre, sono valorizzate dalla presenza delle icone raffiguranti il Battesimo di Gesù e la Trasfigurazione. L’intera aula liturgica è illuminata naturalmente dalla luce che filtra all’interno dell’edificio quattordici vetrate rettangolari policrome, disposte sette per fianco in asse ad ogni singola campata laterale, istoriate dall’Atelier milanese di Lidio Grassi con le immagini di Gesù maestro, della Beata Vergine e dei dodici Apostoli; ciascuna vetrata è tripartita verticalmente e nei tre scomparti sono disposti dal basso verso l’alto, un’iscrizione biblica, un personaggio della Bibbia ed il simbolo teologico relativo al protagonista dell’opera. Degna di nota è la grande vetrata triangolare nella quale è rappresentata la gloria dei Santi medici in cielo, circondati da angeli, pellegrini e malati; sullo sfondo è riconoscibile la Cattedrale di Bitonto ed il Vescovo Aurelio Marena.
• Arredi
  • Al centro dell’area presbiteriale si trova l’altare, in marmo bianco di Carrara, composto da una mensa lineare retta da quattro sostegni laterali disposti a 45° rispetto ad un elemento parallelepipedo centrale aperto nella faccia anteriore da una bucatura esagonale nella quale è custodito un reliquario d’argento in cui sono deposte le reliquie dei Santi Cosma e Damiano; l’ambone, caratterizzato da identici materiali, è collocato alla sinistra del presbiterio e presenta una base cruciforme, un sostegno verticale ed un lettorino superiore. In posizione assiale è posizionato un fondale parallelepipedo, completamente rivestito in lastre di differenti dimensioni di granito rosa, sul quale è dislocato un monumentale trono in metallo e vetro in cui sono custodite le statue dei due Santi taumaturghi; davanti al fondale è installata la sede del celebrante, realizzata in marmo bianco di Carrara, così come le sedute per gli altri ministri, e granito rosso imperiale. Un pregevole fonte battesimale in legno, con sostegno e vasca ottagonali, prende posto all’interno della prima nicchia del fianco destro dell’edificio; la vasca è impreziosita nella faccia anteriore da una lastra in bronzo fuso raffigurante il Battesimo di Gesù.

• 1960 ‐ 1973 (costruzione intero bene)
  • a seguito della demolizione di una cappella extra moenia dedicata a Santa Maria della Pietà, si assiste ai lavori di costruzione della nuova grande chiesa voluta dal vescovo Andrea Taccone già alla fine della seconda guerra mondiale per dotare la città di un degno luogo per il culto dei Santi Medici; per enorme interesse ed impegno del vescovo Aurelio Marena, successore di Taccone, su progetto dell’arch. Antonio Scivittaro l’opera viene realizzata non senza difficoltà e lungaggini burocratiche.
• 1963/05/31 ‐ 1963/05/31 (carattere generale erezione canonica)
  • erezione a parrocchia da parte del vescovo Aurelio Marena; primo parroco fu don Domenico Vacca.
• 1970 ‐ 1974 (completamento intero bene)
  • lavori di completamento dell’edificio consistenti nella posa in opera delle vetrate policrome istoriate eseguite dalla ditta milanese Lindo Grassi su disegno dell’artista Umberto Colonna.
• 1972 ‐ 1973 (collocazione presbiterio)
  • collocazione dell’altare marmoreo e, in posizione assiale, del monumentale trono sopraelevato, in metallo e vetro, in cui sono custoditi i Santi Medici.
• 1973/03/19 ‐ 1973/03/19 (carattere generale consacrazione)
  • benedizione e consacrazione del santuario da parte del vescovo Aurelio Marena; a testimonianza dell’avvenimento all’interno dell’edificio sono collocate due lapidi commemorative.
• 1974 ‐  1974 (costruzione campanile)
  • lavori di costruzione della torre campanaria ubicata alla destra dell’edificio nell’ampio spazio esterno di pertinenza; a testimonianza dell’avvenimento all’interno della prima pietra posata il 23 Febbraio è inserita una pergamena commemorativa. I lavori furono eseguiti dalla ditta locale Domenico Muzio su progetto dell’arch. Antonio Scivittaro.
• 1975/04/04 ‐ 1975/04/04 (carattere generale intero bene)
  • elevazione a Basilica Pontificia Minore con breve apostolico di Paolo VI.
• 1975/11/23 ‐ 1975/11/23 (carattere generale benedizione)
  • benedizione della cripta del santuario da parte del vescovo Aurelio Marena; a testimonianza dell’avvenimento all’interno dell’edificio sono collocate due lapidi commemorative.
• 1977 ‐ 1977 (completamento cappella laterale)
  • lavori di completamento dell’edificio consistenti nella realizzazione del mosaico realizzato in tasselli policromi dallo studio milanese Mosaic Art su disegno dell’artista locale Umberto Colonna.
• 1978 ‐ 1978 (collocazione presbiterio)
  • all’interno del’area presbiteriale vengono collocati la sede del celebrante ed annesse le sedute per gli altri ministri e l’artistico ambone marmoreo.
• 1987 ‐ 1987 (completamento cripta)
  • lavori di completamento del presbiterio della cripta per volere dell’arcivescovo Mariano Magrassi.
• 1992 ‐ 1993 (manutenzione campanile)
  • lavori di manutenzione straordinaria del campanile consistenti nel risanamento delle porzioni degradate soggette a fenomeni di esfoliazione degli intonaci, distacco del calcestruzzo, rigonfiamento e corrosione dei ferri d’armatura.
• 1997 ‐ 1997/08/09 (manutenzione intero bene)
  • lavori di manutenzione straordinaria consistenti nella ritinteggiatura delle superfici interne dell’edificio; a conclusione delle opere la chiesa è stata riaperta al culto.
• 2011 ‐ 2012 (restauro intero bene)
  • lavori di manutenzione straordinaria dell’intero edificio eseguiti su progetto dell’ing. Michele Castellaneta e dell’ing. Aldo Ancona e consistenti nella verifica, sostituzione o ripristino degli strati impermeabilizzanti delle coperture, nella posa in opera di lastre in rame quale rivestimento della cupola e delle porzioni estradossate delle cappelle laterali, nell’installazione di pluviali, dissuasori per volatili e scossaline in rame; contestualmente è stato revisionato e rifatto il rivestimento in lastre laterizie di klinker sulle superfici verticali esterne.
• 2015 ‐ 2015 (manutenzione campanile)
  • lavori di manutenzione straordinaria del campanile consistenti nel risanamento delle porzioni degradate soggette a fenomeni di esfoliazione degli intonaci, distacco del calcestruzzo, rigonfiamento e corrosione dei ferri d’armatura.
• 2018 ‐ 2018 (manutenzione aula liturgica)
  • lavori di manutenzione straordinaria consistenti nella ritinteggiatura delle superfici interne dell’edificio; a conclusione delle opere la chiesa è stata riaperta al culto.

• presbiterio ‐ intervento strutturale (1973)
  • Gli arredi liturgici sono collocati sul presbiterio tenendo conto delle norme liturgiche del Concilio Vaticano II.