Nhà thờ Phát Diệm cách Hà Nội 120km về phía nam, được xây dựng vào những năm 1875 - 1898. Phát Diệm có nghĩa là phát sinh ra cái đẹp, tên Phát Diệm do Nguyễn Công Trứ đặt. Nhà thờ được xây dựng trong suốt thời gian 24 năm liên tục, với trình độ kỹ thuật và điều kiện giao thông của những năm cuối thế kỷ 19 thì chỉ việc vận chuyển hàng nghìn tấn đá, có những phiến nặng 20 tấn, hàng trăm cây gỗ lim về tới Phát Diệm để xây nhà thờ cũng là một kỳ công. Kim Sơn vốn là vùng đất mới khai khẩn, trước đây rất lầy lội, để xử lý độ lún của khu đất trước khi xây dựng người ta đã chuyển cả một quả núi nhỏ cách 40km về Phát Diệm, khách về thăm nhà thờ còn thấy núi Sọ, đấy chính là một phần của trái núi đã được dân rời về Phát Diệm.

Ðây là một quần thể kiến trúc phương Ðông gồm có (từ hướng nam đi vào): Ao hồ, Phương Ðình, Nhà thờ lớn với bốn nhà thờ cạnh ở hai bên, ba hang đá nhân tạo, nhà thờ đá.

Phương Ðình là khu vực đầu tiên trong quy hoạch kiến trúc của nhà thờ Phát Diệm. Ðây là một công trình kiến trúc cao 25m, rộng 17m, dài 24m gồm ba tầng được xây dựng bằng đá phiến, lớn nhất là tầng dưới cùng được xây dựng bằng đá xanh. Nghệ thuật xây dựng Phương Ðình rất đáng khâm phục, với kỹ nghệ thủ công những người thợ địa phương đã ghép những phiến đá nặng hàng nghìn cân, mức độ chính xác rất cao. Các vòm cửa bằng đá được lắp ghép đến trình độ tinh xảo. Giữa Phương Ðình đặt một sập làm bằng đá nguyên khối, phía ngoài và bên trong là những bức phù điêu được khắc chạm trên đá hình ảnh chúa Jêsu và các vị thánh rất đẹp với những đường nét thanh thoát. Tầng thứ hai của Phương Ðình treo một trống lớn. Tầng ba treo một quả chuông cao 1,4m, đường kính 1,1m, nặng gần 2000 kg, quả chuông lớn ở Phương Ðình được đúc vào năm 1890. Mái của Phương Ðình có năm vòm, bốn vòm ở bốn góc thấp hơn, vòm cao nhất là vòm ở giữa tầng ba. Mái của Phương Ðình ở nhà thờ Phát Diệm không cao vút kiểu ngọn tháp như những nhà thờ khác mà là mái cong thấp cổ kính như mái đình, mái chùa. 

Nhà thờ lớn: Nhà thờ lớn là nhà thờ chính được xây dựng năm 1891, có năm lối vào vòm đá được chạm trổ. Nhà thờ lớn dài 74m, rộng 21m, cao 15m, có bốn mái. Trong nhà thờ có 6 hàng cột gỗ lim nguyên khối, hai hàng cột giữa cao tới 11m, chu vi 2,35m, mỗi cột nặng khoảng 10 tấn.

Gian thượng của thánh đường có một bàn thờ lớn làm bằng một phiến đá nguyên khối dài 3m, rộng 0,9m, cao 0,8m, nặng khoảng 20 tấn. Mặt trước và hai bên được chạm trổ các loài hoa đặc trưng của bốn mùa làm cho bàn thờ như được phủ một chiếc khăn màu thạch sáng. Hai phía bên nhà thờ có bốn nhà thờ nhỏ được kiến trúc theo một phong cách riêng.

Nhà thờ đá: nhà thờ đá còn được gọi là nhà thờ dâng kính trái tim Ðức Mẹ. Gọi là nhà thờ đá vì tất cả mọi thứ ở nhà thờ này đều được làm bằng đá, từ nền, tường, cột, chấn song cửa... Phía trong được chạm nhiều bức phù điêu đẹp, đặc biệt là bức chạm tứ quý: tùng, mai, cúc, trúc, tượng trưng cho thời tiết và vẻ đẹp riêng của bốn mùa trong một năm. Ðường nét khắc họa những con vật như sư tử, phượng sống động đến lạ thường.

Hang đá nhân tạo: ở phía bắc khu nhà thờ Phát Diệm có 3 hang đá được tạo bằng những khối đá lớn nhỏ khác nhau giữ nguyên dáng vẻ tự nhiên. Trong đó, hang Lộ Ðức là đẹp nhất

Nhà thờ Phát Diệm, một công trình kiến trúc độc đáo có một không hai ở Việt Nam Các công trình kiến trúc nguy nga, tráng lệ nhưng hài hòa với cảnh vật thiên nhiên, mang đậm phong cách kiến trúc Á Đông.