Primul proiect a fost conceput de arhitectul Francisco del Villar, locul căruia a fost preluat, la sfărşitul anului 1883, de Antoni Gaudi. Renumitul arhitect a adus modificări semnificative proiectului iniţial. Promotorii construcţiei edificiului au decis ca finanţarea lucrărilor să fie făcută numai din donaţiile enoriaşilor, acesta fiind principalul motiv pentru care biserica nu a fost finalizată nici până în prezent.

 Ideea construirii edificiului inchinat Sfintei Familii a apărut in anul 1874. În anul 1881, datorită donaţiilor generoase, a fost achiziţionat un teren, care atunci se afla la câţiva kilometri de oraş. Piatra de temelie a fost pusă pe data de 19 martie 1882, această zi fiind cosiderată data oficială a începerii lucrărilor de construcţie.

Planul iniţial al arhitectului Francisco deI Villar presupunea construirea unei bazilici în stil neogotic, in formă de cruce latină, formată din cinci nave longitudinale şi trei transversale. A fost proiectată o absidă enormă, formată din şapte capele şi o galerie ce ocoleşte corul, iar claustrul (curtea interioară a unei biserici), ce înconjoară edificiul, are rolul de a uni cele trei faţade monumentale ale bisericii. La scurt timp după începerea construcţiei, Francisco del Villar a părăsit proiectul din cauza dezacordurilor cu finanţatorii, iar conducerea şantierului i-a fost încredinţată lui Antoni Gaudi.

 Între anii 1883-1889, arhitectul a finalizat cripta, începută de predecesorui său. Deasupra construcţiei ridicate de Francisco del Villar a fost ridicată o cupolă mai mare, care permitea deschiderea ferestrelor spre exterior. Bolta este decorată cu basoreliefuri pe tema Bunei-Vestiri, iar cripta este înconjurată de un şanţ nu foarte adânc, care protejează pereţii de umezeală şi imbunătăţeşte pătrunderea luminii solare.

Construcţia absidei neogotice începuse deja, atunci când Gaudi a primit o donaţie extrem de generoasă şi a decis să refacă proiectul iniţial, păstrând doar planul general al bisericii. El a schimbat radical forma şi structura clădirii. Planul lui Gaudi presupunea construirea mai multor turnuri monumentale, ridicate spre cer, cu o mare valoare simbolică, asociată Evangheliei şi ceremoniilor bisericeşti.

În anul 1892, arhitectul a început construcţia faţadei Naşterii Mântuitorului. Gaudi se temea de reacţia locuitorilor oraşului în legătură cu faţada Patimilor, care prezenta, sincer şi deschis, istoăria crucificării lui Hristos, de aceea lucrările au început cu faţada Naşterii.

 În anul 1895, absida neogotică a fost finalizată. Una dintre caracteristicile sale sunt turnuleţele şi burlanele decorative, inspirate de flora şi fauna locală: în apropierea bisericii trăiesc o mulţime de şopârle şi melci. În anii 1909-1910, pe locul faţadei principale, a existat o şcoală parohială. Gaudi a construit acest edificiu, cu design unic, pentru copiii enoriaşilor. Deoarece era concepută ca o construcţie temporară, aceasta nu avea pereţi portanţi.

În anul 1911, Gaudi a conceput proiectul faţadei Patimilor, dar planul arhitectural final al arcadelor şi al navelor a apărut abia în anul 1923, iar construcţia propriu-zisă a început după moartea arhitectului. Proiectul Faţadei Gloriei datează din primii ani ai secolului al XX-lea, dar, din păcate, până în prezent s-au păstrat doar câteva fragmente ale schitelor respective.