W założeniu architekta sama konstrukcja budowli miała przypominać jeden, wielki organizm. Początkowo jej projekt zlecono innemu architektowi, ale ten wszedł w konflikt ze stowarzyszeniem finansującym budowę świątyni. Wówczas zlecenie na budowę otrzymał Gaudí, który całkowicie zmienił projekt, nadając mu własny styl. Przez następne cztery dekady pracował intensywnie nad konstrukcją, poświęcając jej całkowicie ostatnich 15 lat życia. Podczas prac nieustannie dostosowywał i zmieniał pierwotne założenia.

Wieże kościoła ukończono w 1920 roku. Sześć lat później architekt zginął, wpadając pod przejeżdżający omnibus, pozostawiając tylko jedną z trzech zaprojektowanych fasad. Z powodu organicznej formy budowli oraz niepowtarzalności detali architektonicznych (tak jak w naturze żaden z nich nie jest identyczny i musi być osobno rzeźbiony) do dziś nie zdołano jej ukończyć. Projekty świątyni pozostawione przez architekta zostały zniszczone w czasie hiszpańskiej wojny domowej przez katalońskich anarchistów.

7 listopada 2010 w niedzielę podczas uroczystej mszy świętej, w której uczestniczyło 62 tys. osób, papież Benedykt XVI konsekrował Świątynię Świętej Rodziny (Sagrada Familia) podnosząc ją do godności bazyliki mniejszej.