Năm 1882, Sagrada bắt đầu được xây cất dưới sự huớng dẫn của kiến trúc sư Francisco de Paula del Villar. Năm 1883, Villar từ nhiệm và Gaudi được chọn làm kiến trúc sư trưởng thay thế, ông cải biến dự án theo lối  kiến trúc và phương thức xây cất của riêng ông, pha trộn lối kiến trúc gothic với lối dùng những đường cong của trường phái Tân Nghệ Thuật (Art Nouveau). Gaudi tính dành phần còn lại của cuộc đời ông cho Sagrada Familia, chẳng may ông đã tạ thế bất ngờ vào năm 1926 ở tuổi 73, khi mà công trình xây cất ngôi thánh đường mới hoàn thành được chưa đầy 1 phần tư.
Là một con người rất mộ đạo, Gaudi đã coi Sagrada Familia là công trình lớn nhất mà ông thực hiện trong đời, ông đã ứng dụng tất cả những kinh nghiệm ông đã đạt được trước đó và cố đem thêm những ý tưởng còn trong đầu ra áp dụng để thừ nghiệm và tiếp tục học hỏi. Ông đã tính toán sẽ xây lớp mái của tòa nhà và sáu cái tháp cao nhất thành phố vào những năm kế tiếp thì ông mất. Với cái chết của Gaudi, công việc tiếp tục rất chậm chạp và cho đến nay cũng vẫn chưa hòan thành. Kế hoạch dự tính là Sagrada Familia sẽ xong vào năm 2026, đúng 100 nam sau ngày Gaudi chết.