Temelji crkve položeni su istodobno sa samostanom, 23. srpnja 1846. Crkva je ipak bila malih dimenzija: duga oko 13,83 m, široka 10,20 m, s prezbiterijem 7,60×6,05 m (sve vanjske mjere!) – višestruko manja nego današnja crkva (građena počev od 1905.). Crkva je bila povezana sa samostanom. Zvonik je podignut 1871.
Dimenzije crkve bile su točno određene fermanom. Bila je od početka malena, imala je dimenzije Crkve sv. Mihovila u Varešu – jedne od pet preostalih crkava u osmanskoj Bosni (i Hercegovini) do XIX. st. (ostale su bile tri samostanske crkve: u Kraljevoj Sutjesci, Fojnici i Kreševu, te Crkva sv. Ive u Podmilačju kraj Jajca).
Godine 1863. odlučeno je da se izgradi nova crkva po nacrtima graditelja Mattea Lorenzonija. Trebalo je da joj dužina iznosi 48,2 m, a širina 21,8 m; zamišljena je kao trobrodna bazilika u stilu talijanskog baroka, s kupolom poviše glavnoga oltara i s dva tornja. U Hercegovini, međutim, nije tada bilo majstora koji bi se mogli prihvatiti takva posla, niti su se mogla osigurati dostatna sredstva. Tako je taj plan propao, a u arhivi su se sačuvali samo nacrti.
Zgrada stare crkve porušena je 1905., pa je na njezinu mjestu iste godine otpočela izgradnja nove crkve u stilu kasnoromaničke trobrodne bazilike za koju je nacrte izradio graditelj Maksimilijan David, a radove je vodio fra Didak Buntić. Među istaknutim donatorima, ali i svojevrsnim suradnicima gradnje jest i velikan hrvatske povijesti i kulture Izidor Kršnjavi, ranije oportuni predstojnik odjela za bogoštovlje i nastavu (školstvo), u vladi bana Khuen-Héderváryja. Međutim u doba gradnje bazilike Kršnjavi je istaknuti kulturni i javni djelatnik u Hrvatskoj, ali kao takav i poznat diljem Europe i svijeta. Upravo je on, dakle Izidor Kršnjavi, jedan od onih ljudi koji se smatraju prijateljem i uskim suradnikom fra Didaka Buntića u procesu gradnje bazilike kako u financijskom tako još više u stručnom umjetničkom smislu.
Temeljni kamen položen je 20. lipnja 1905., a krov je postavljen 1911. Sjeverni zvonik izgrađen je 1927., a svodovi srednje lađe, preinačeni prema nacrtima graditelja Stjepana Podhorskoga, izvedeni su 1938. Tim zahvatom bila je znatno izmijenjena prvobitna zamisao unutrašnjosti, s obzirom da je u prvotnom planu bio drveni i ravni strop.
U Drugom su svjetskom ratu crkva i samostan jako stradali. Fratri su izbrojili da su partizani 296 puta pucali na crkvu iz oružja teškog kalibra. Mislili su je srušiti, ali nisu uspjeli. Pročelje je obnovljeno tijekom 1959. i 1960. Južni toranj dovršen je 1969., a tada su postavljena i nova vrata, izrezbarena u radionici Ismaila Hamida Mulića u Konjicu. Krov od bakrenog lima postavljen je 1977., a pod od posuškoga kamena položen je 1978. Dvorište crkve uređeno je tijekom 1974. i 1975.
Crkva je 50 m duga, 26 m široka, a zvonici su visoki 32 m. Glavna lađa odijeljena je od bočnih masivnim kamenim stupovima koji se doimlju kao romanički. Ukusno je opremljena kiparskim radovima. Novi oltar, ukrašen motivima sa stećaka postavljen je 1978. Svetohranište je izvedeno od jablaničkoga granita s brončanim vratima u visokom reljefu (1981.), kao i propovjedaonica (1978.) sa simbolima četiriju evanđelista. Oltar, svetohranište i propovjedaonica djelo su akad. kipara Ante Starčevića. Kip Gospe je talijanski rad iz sredine XIX. stoljeća. Vitraže je izradila radionica Dedić, Koch i Marinković u Zagrebu 1912. Postaje Križnog puta slikao je akad. slikar Rudolf Labaš 1983. Izgleda da je došlo vrijeme da se nanovo uredi liturgijski prostor.
Vjernike privlači zavjetni kip Gospe Širokobriješke, cilj brojnih Marijinih pobožnika. Vitki je to lik Bogorodice, na nebo uznesene, duge kose, uzdignuta pogleda prema nebeskim visinama, u bijeloj haljini. Na prsima podržava plavi plašt koji se spušta niz njezina leđa. Stoji na oblaku koji podržava anđeoski zbor. Nisu ga uspjeli uništiti za pljačke o završetku Drugog svjetskog rata. Rad je to talijanskog majstora iz sredine XIX. st., a izražava stoljetnu pobožnost i ljubav vjernih hercegovačkih katolika prema Isusovoj Majci.
U lijevoj bočnoj lađi nalaze se grobovi dvojice osobito zaslužnih franjevaca: fra Didaka Buntića (1871. – 1922.), graditelja crkve i narodnog prosvjetitelja, te fra Rafe Barišića (1796. – 1863.), prvog hercegovačkoga biskupa. Susjedna kapela urešena je mozaicima Ante Starčevića (1983.). Svetohranište, koje je prije bilo u dnu lađe, sada se nalazi u obnovljenoj kapeli na Čerigaju. Na bočnom oltaru su križ i reljef Pietà koje je prema nacrtima fra Pija Nuića izveo H. Frank u Splitu 1960.
U kapeli desne bočne lađe nalaze se mozaici Ante Starčevića (1983.: Sv. Leopold Mandić; Krist na križu; Sv. Franjo u zanosu; Sv. Nikola Tavelić), a u dnu lađe kip sv. Ante Padovanskoga iz druge polovice XIX. st., talijanski obrtnički rad s nekadašnjeg svečeva oltara u kapeli.
Crkva na Širokom Brijegu građena je od prirodnog lomljenog i klesanog kamena. Umjetnički dojam klesarskog djela je izvanredan. Posebnost prizora u tom smislu pojačava činjenica prirodnosti materijala i njegova nalazišta praktično u zoni gradnje crkve. U tom smislu materijali asociraju na vezanost crkve, naroda i zavičaja. Vjerojatno se u vrijeme gradnje crkve drugačije nije ni moglo, ali se ipak izbjegla napast ugradnje materijala koji s ovim podnebljem nema ničeg zajedničkog, čemu bi mogao biti motiv samo prestiž i varljiv osjetilni efekt. Dojam prirodnosti i lokalne pripadnosti kamena pojačavaju različite pojave na njemu, vezane uz njegov geološki postanak. Prije svega to su crvene mrlje i »fuge« ispunjene željeznim i boksitnim materijalima. Kako je dobro poznato, riječ je o regiji nadaleko znanih kvalitetnih boksita karakteristične jarke crvene boje, te iznimno bogatih željezom i aluminijem, a često i silicijem.
U prostoriji kroz koju se iz samostana prelazi u crkvu izloženo je nekoliko kamenih spomenika, većinom iz rimskog i starokršćanskoga doba. Nadgrobna stela Aurelije Marceline tipičan je rad lokalne rimske radionice iz III. st. Otkrivena je u Prisoju kod Tomislavgrada. Na susjednom zidu je prikazana približna rekonstrukcija i dio originalnog friza s posvetnim natpisom cara Vespazijana (69. – 79.), također iz Prisoja. Originalni fragmenti s posmrtnoga hrama cara Marka Aurelija i Faustine Mlađe iz 183./4. po Kristu potječu s velikog terasastog svetišta u Posuškom Gracu. Fragment imposta otkriven je u ruševinama starokršćanske bazilike u Mokrom, a potječe iz VI. st.
