La basílica
La iglesia fue realizada por Juan de Herrera. Es una obra maestra de la arquitectura española del Renacimiento. La basílica, con planta de cruz griega, forma un cuadrado de 50 metros de lado y está dividida por tres naves cubiertas con bóveda de cañón, separadas por cuatro enormes pilares dóricos de 8 metros de lado cada uno y decorados con dos filas de pilastras dóricas; sobre ellos se levanta el granítico cimborrio circular de 17 metros de diámetro y 92 metros de altura, inspirado en la cúpula del Vaticano, con tambor sobre pechinas y ocho grandes ventanales.
Desde el Patrio de los Reyes (8), ascendiendo por una pequeña escalinata se llega a la fachada de la basílica (6) para entrar en un atrio o nartex (5). La entrada a la basílica se realiza a través de la bóveda plana del sotacoro (4). La basílica (3) era de plan central, un cuadrado con cúpula montada sobre pechinas en el centro. Cuatro robustos pilares la sostienen. Debajo del altar situado en el presbiterio (1) se encuentra el panteón. A derecha e izquierda del altar se encuentran los cenotafios [monumento funerario sin la presencia del cuerpo del difunto] de Carlos I (9) y de Felipe II (10). Desde las habitaciones palaciegas de Felipe II (2) se podía contemplar, a través de una ventana, al altar. Pero esta estructura centralizada se macla con la forma de cruz latina de sus cubiertas, visible desde el exterior, atendiendo, de un lado, a la intención centralizada y neoplatónica de su estilo italianizante pero corrigiéndola, de otro, por las determinaciones sobre el culto y la colocación del altar y el retablo emanados del Concilio de Trento.
1. Altar. 2. Debajo, el Panteón. 3. Cenotafio de Felipe II. 4. Cenotafio de Carlos I. 5. Ventanas a través de las cuáles podía seguir la eucaristía Felipe II desde la cama.
El orden arquitectónico predominante en la iglesia es el toscano y el dórico en la iglesia. Su desornamentación, su escueta volumetría y limpia variedad cromática y de materiales invitan a un sensible disfrute visual. Sus valores son el orden, la jerarquización y la perfecta relación entre todas las partes. Es una iglesia de Corte, que expresa debidamente los ideales monárquicos. En el coro y tribunas se sitúa la comunidad. Se ha tenido la precaución de levantar el altar mayor sobre unos peldaños para hacer visible esta parte al pueblo y los monjes. En arquitectura la función y el destino deben condicionar la elaboración del diseño.
La basílica es de planta cuadrada de estructura bramantesca. Sobre los pilares se sustenta una inmensa pétrea cúpula, que representa a la corte, y que podría haber sido influenciada por Miguel Ángel en su proyecto para la basílica de san Pedro. Ésta se encuentra sustentada sobre pechinas y elevada por un tambor circular. No utiliza la doble cúpula; lo que se ve por dentro es la misma cúpula que se observa por fuera.
 
San Lorenzo de El Escorial. Pinturas del interior realizadas al fresco
La entrada a la basílica se realiza a través de la bóveda plana del sotacoro, un prodigio técnico de la estereotomía de la piedra debido al mismo Juan de Herrera. Ocho hiladas concéntricas de piedra quedan entre los pilares, justo bajo el gran peso del facistol. La leyenda dice que cuando Felipe II la vio por primera vez, el arquitecto había construido un falso pilar que no llegaba a tocar el techo. Cuando Herrera pasó una hoja de papel entre el pilar y la bóveda para demostrar que se suspendía sola, el, por una vez jocoso rey, reprendió a su arquitecto: "Herrera, Herrera, con los reyes no se juega".