A Pannonhalmi Szent Márton Bazilika ma látható tömegének nagy része a XIII. század elején, Oros apát (1207-1243) idejében épült kora gótikus stílusban. Ám az újabb régészeti kutatások szerint korábbi épületek falmaradványait rejti magában. Felszentelése valószínűleg 1224-ben volt. Ekkor nyerte el mai alakját, amely három építőműhely keze nyomát viseli: az épületen magyar mesterek munkája mellett felső-rajnai és észak-francia hatás mutatható ki. Az ötven méter hosszú, háromhajós bazilika, négy jól elkülönülő részre tagolódik. A templomot Mátyás uralkodása idején bővítették, ekkor készült el a szentély csillagboltozatos mennyezete, a mellékhajók keleti vége és a Szent Benedek kápolna. A török időkben a belső berendezés teljesen elpusztult. Később jelentősebb felújítás az 1720-as években kezdődött Sajghó Benedek főapátsága alatt. Ezt követte az 1860-as években Storno Ferenc-féle restaurálás. A legutóbbi, 2012-ben fejeződött be és John Pawson angol építész tervei alapján készült.

Bazilika, altemplom

A felújítás során a templom szerzetesi karakterének visszaállítása volt a fő szempont, hiszen a Bazilika az itt élő bencés közösség otthona, közös imádságának helyszíne, a monostor szíve: a templomnak ez a szerzetesi jellege főleg a két stallumsorból álló szerzetesi kórusban érhető tetten, melynek középpontja a felolvasóállvány. Másrészt a templom történeti terének újraértelmezését is magával hozta a felújítás: a keletelt, felszálló dinamikával rendelkező osztott tér a beavatás terévé változik a felújítás során, melynek transzcendens pontja a Krisztus második eljövetelét elővételező keleti körablak. Ennek az ónixxal fémjelzett beavatási útnak az eredője a templom nyugati végében álló keresztkút. Az anyaghasználat egyszerűségre és nemességre törekedett: a templom terét egységbe foglaló süttői mészkő padozat, ónix liturgikus tárgyak, a tömör diófa bútorok valamint a patinázott sárgaréz lámpatestek békés és erős tárgyi világot varázsolnak a bazilikába.

A bazilika főhajójából jobb és bal oldalt nyíló, a 17. és 18. század fordulóján épült román stílust utánzó vörösmárvány kapukon át jutunk az altemplom hat oszlopon és konzolokon nyugvó, keresztboltozatokkal fedett négyszögű terébe. Az oszlopok széles nyolcszögletű talplemezen nyugszanak, a fejezeteket és a konzolokat tömött, bimbós levéldísz borítja. A nyugati boltszakaszokban növényi ornamentikát emberfejekből összeállított szimbolikus tartalmú figurális faragványok gazdagítják. A keleti boltszakaszban mindkét oldalfalba egy-egy fülke mélyül: az egyik armariumfülke (könyvek és liturgikus eszközök tárolóhelye), a másik lavabo (kis kézmosó medence). Az altemplom egyenes zárófalán három, ún. kajácsos ablak található. A hagyomány az altemplom lépcső alatti, háromkaréjos, vörös márvánnyal burkolt, trónusszerű ülőfülkéjét Szent István székének tartja, ám inkább apáti trónus lehetett.
Az altemplomban helyezték el Habsburg Ottó (1912-2011) szívurnáját.