La Basilica si presenta con un'armonica facciata, arricchita da un protiro in marmo, da lesene tuscaniche e ioniche e da un timpano. La Chiesa fu costruita dai Gesuiti (1608), insieme all'attiguo Collegio, in occasione della Beatificazione di Luigi Gonzaga, fratello di Francesco che allora governava Castiglione. Fu ultimata nel 1610, consacrata nel 1962 da Mons. Poma, Vescovo di Mantova, ed eretta a Basilica da Papa Paolo VI il 21 Giugno del 1964. L'interno richiama la struttura della Chiesa del Gesù del Vignola a Roma ed è stata costruita rispettando i canoni imposti dal Concilio di Trento. Il progetto seicentesco è del gesuita Luca Bienni di Salò. Dopo una lunga interruzione furono ripresi i lavori nel 1761. Su progetto di Paolo Soratino di Lonato fu ricostruito il presbiterio, fu innalzata la cupola e fu collocato il complesso marmoreo del nuovo altare maggiore con al centro la pala raffigurante S. Luigi in preghiera davanti alla Vergine.
Le due statue marmoree che stanno ai lati, simboleggiano l'Innocenza e la Penitenza e costituiscono un chiaro riferimento aloisiano. Sovrasta il tutto il trionfo eucaristico. Nella struttura dell'altare è inserita l'urna che racchiude la reliquia di S.Luigi: il sacro teschio che, portato da Roma nel 1610, fu prima collocato solennemente nella Chiesa Palatina di S.Sebastiano e poi trasferito nella Basilica che dal Santo prese il nome nel 1679. Un prezioso organo, opera di Gerolamo Bonatti di Desenzano (1794), fu posto nella cantoria a destra del presbiterio. Lo strumento conserva le sue caratteristiche originarie. Una scritta ricorda che nel 1859 furono tolte alcune canne, conservate nel piccolo ambiente attiguo alla camera della manticeria, dai soldati piemontesi e francesi che, dopo la vittoria, giravano festosi "ziffolando" per le vie del paese. Sempre in presbiterio, di fronte alla sagrestia, in una piccola cappella laterale, sono esposti, in tre urne, i corpi delle Venerabili nipoti di S.Luigi: Cinzia, Olimpia e Gridonia, fondatrici del "Nobile Collegio delle Vergini di Gesù". Esse, per prime, seguirono l'esempio dello zio, consacrandosi a Dio in una vita di preghiera e di dedizione al prossimo, nell'insegnamento e nell'impegno educativo. Sul pavimento della Chiesa, in un loculo antistante il presbiterio, una lapide ricorda che lì è sepolto Carlo I, terzo principe di Castiglione e nipote di S.Luigi. Fu lui a far trasportare in questa chiesa la preziosa reliquia del Santo (1679).