Il Tempio è Monumento Nazionale.
L'esterno del Tempio è rotondo e risulta fasciato da quattro ordini sovrapposti. Le fasce dei primi due ordini collegano e saldavo plasticamente i quattro bracci della croce al corpo centrale.
L'interno è composto da una vasta sala ottagonale con quattro nicchie inserite come altari nella muratura e quattro bracci di croce a pianta quadrata aperti ad arco nella muratura. L'effetto di equilibrio e di armonia tra il vano centrale e gli spazi laterali fa di questo Tempio uno dei più importanti documenti architettonici del primo rinascimento lombardo, fiorito sulle ricerche del Filarete e del Bramante.
Le dimensioni del Tempio sono le seguenti: m. 35 di larghezza, m. 35 di altezza della cupola maggiore, m. 15 di altezza delle cupole minori. Lo Scurolo è stato ricavato, si dice, nel luogo esatto dell'Apparizione.
Della decorazione originale non si ha notizia; probabilmente venne distrutta quando, nel XVI secolo, il Santuario fu trasformato in fortezza, gli ingressi furono murati e le cappelle riempite di terra, sassi e legname. Quella attuale risale al 1702 e fu opera dei fratelli Giovanni Battista e Gerolamo Grandi in collaborazione con Giacomo Parravicino. È tipicamente barocca, ad effetto; rivela grandiosità e abilità, senza eccessivi appesantimenti. Arioso e ben congegnato è l'affresco della cupola maggiore rappresentate il Trionfo della Croce; l'affresco del grande cornicione presenta una sequenza di profeti con medaglioni che illustrano la vita di S. Teresa d'Avila, riformatrice dei Carmelitani; gli affreschi delle tre mezze lune del braccio verso nord rappresentano il Faraone sommerso, Mosè che fa scaturire l'acqua dalla rupe, il serpente di bronzo; l'affresco dello Scurolo rappresenta il trionfo di Caterina della Uberti con la Madonna. Sono dei fratelli Giuseppe e Giovanni Torricelli (1762) gli affreschi delle mezze lune del braccio orientale e rappresentano Davide e Golia, Davide con l'Arca, Assalonne trafitto da Ioab. Nella cupola verso nord il cremasco Eugenio Giuseppe Conti affrescò nel 1898 il riposo della S. Famiglia e nella cupola verso sud il cremasco Angelo Bacchetta affrescò nel 1870 la Madonna in gloria.
All'interno si possono ammirare :
 Pala dell'Altar Maggiore: preziosissima e splendida tavola di Benedetto Rusconi detto Diana (1460-circa-1525). Rappresenta la Madonna Assunta. Misura m. 2,50 di altezza per m. 1,95 di larghezza.
 Pale degli Altari laterali: la tela della Natività è di Antonio Campi (1575); la tela della Deposizione e la tela dell'Adorazione dei Magi sono di Bernardino Campi (1576); la tela della Veronica è di autore ignoto (sec. XVI?).
 Mezze lune dello Scurolo : sono otto tele del Parravicino (sec. XVIII) e illustrano la storia del Delitto, dell'Apparizione, della morte di Caterina, dei Miracoli.
 Nel Battistero: tela secentesca del cremasco Tommaso Pombioli.
 In Sacrestia: elegante tela raffigurante la S. Famiglia. Di autore ignoto.
 I quattro altari laterali in marmo risalgono al 1784 e sono opera del bergamasco Michele Ferata.
 Nello Scurolo c'è un bellissimo altare in marmo bianco scolpito da V. Vela. Curioso è l'errore di rappresentare Caterina con amputata la mano sinistra invece di quella destra: questo errore c'era anche nella statua della grande Nicchia, nel timbro parrocchiale e in un grande medaglione di ottone. Tra queste opere va ricordato l'ornamento ad arabeschi di legno dorato della grande Nicchia, il restauro ad opera del cremasco Giovanni Signorini del quadro miracoloso in terracotta, la costruzione in marmo del davanzale della Nicchia con la seguente epigrafe: “Solum Virginis Mariae Pedibus Attactum III Non. Apr. An. MCCCCXC Misericordiae Fungendae Caussa Sacrum Esto » (cioè: Suolo toccato dai piedi della Vergine Maria il 3 aprile 1490 sacro per effondere misericordia). Sempre nello Scurolo si trova la bellissima vetrata fatta dal ipilanese G. Bertini (1849) e che rappresenta l'Apparizione;
 L'Altar Maggiore. È prezioso per marmi, bronzi e dorature; è elegantissimo per forma. La bellissima urna si trovava nella Cattedrale di Crema e venne rimossa durante i restauri della Cattedrale stessa. Al centro spicca un ovale di lapislazzoli. Il tabernacolo, della fine del 700, è in bronzo dorato e di stile neoclassico corinzio, con colonnine binate, statuette degli Evangelisti, un bassorilievo sulla porticina e un Cristo Risorto al vertice della graziosissima cupoletta.
 Gli Amboni. Inseriti opportunamente a lato delle rampe dell'Altar Maggiore, sono di un bel marmo rosso a segmenti verticali; sono sorretti da due robusti capitelli cinquecenteschi di stile corinzio e, al centro, mostrano due bassorilievi in sbalzo su rame ad opera del bergamasco Luigi Guerinoni.
Il Battistero. È di marmo a forma poligonale, sormontato da un coperchio in rame con simboli a sbalzo, realizzati dallo stesso L. Guerinoni.

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