El edificio tiene planta basilical, rectangular, elevada sobre una plataforma rectangular de hormigón, con unas dimensiones de 100 metros de largo por 65 metros de ancho. Está dividida en tres naves "Nave (arquitectura)"), siguiendo la orientación este-oeste. Su forma y su planta fue copiada en la era cristiana para construir las primeras iglesias, que se construyeron con planta rectangular de tres naves.
La nave central era más larga y más alta, con 80 por 25 m, que las laterales. Estaba cubierta por tres enormes bóvedas de arista o de crucería en opus caementicium"), suspendidas a 35-39 metros sobre el suelo, apoyadas sobre cuatro grandes pilares de mármol proconesio de 14,5 metros de alto, cada una adosada a su terminación. Se levantó un entablamento de mármol, de lo que quedan sólo restos de los bloques parcialmente insertos en los muros.
Las naves laterales medían 16 metros de ancho por 24,5 m de alto. En lugar de ser las tradicionales, estaban divididas a su vez, en tres secciones, comunicadas entre sí y también hacia la nave central. Sus tres secciones están separadas y articuladas por ocho columnas monolíticas de mármol, de 14,5 metros de altura y 5,4 metros de circunferencia las más grandes de la antigua Roma. Las naves estaban cubiertas por tres bóvedas de cañón semicirculares perpendiculares a la nave. Las bóvedas de las naves estaban aligeradas mediante casetones octogonales aún visibles en la parte que sobrevive, que es la nave lateral septentrional. Como en las grandes termas imperiales, la basílica hizo uso del vasto espacio interior con su efecto emocional.
La entrada principal del proyecto de Majencio se encontraba en el lado este,[13] de cara al Coliseo, precedida por una escalinata. El ingreso daba acceso a un vestíbulo de 8 metros de profundidad que bordeaba toda esta fachada oriental. En esta sala cinco entradas permitían el acceso a la basílica: tres a la nave central y una en cada una de las laterales. Esta entrada sobre el lado corto opuesto al ábside representa una disposición que fue luego típica de las primeras basílicas cristianas.
Justo al extremo opuesto, a la testera de la nave central, se abría un ábside precedido por dos columnas. Allí se colocó una estatua colosal, acrolito construido parte en mármol y parte en madera&action=edit&redlink=1 "Madera (material de construcción) (aún no redactado)") y bronce dorado, de 12 m de alto. La estatua representaba en origen al mismo Majencio y luego fue reformada con los rasgos de Constantino I "Constantino I (emperador)"). Algunas partes marmóreas que sobreviven fueron descubiertas en el año 1487 y se encuentran ahora en el patio del palacio de los Conservadores en el Campidoglio, en los Museos Capitolinos. Sólo la cabeza medía 2,60 m y el pie 2 m. La esquina noroeste de la basílica se añadía a la pared del foro de la Paz, desembocando de esa manera la vía de comunicación que existía con anterioridad entre el Foro Romano y la zona de Carinae (Suburra). Majencio había construido un pasadizo bajo esta esquina noroeste del edificio, de alrededor de cuatro metros de ancho por 20 de largo.
Tras su victoria sobre Majencio en el puente Milvio en 312, Constantino I encontró la basílica inacabada, y decidió reemprender la obra, pero modificando el proyecto inicial. Creó un nuevo eje norte-sur. Por el lado norte, construyó un segundo ábside, tan grande como el primero, con 15 metros de ancho. Es posible que se diseñara para superar problemas estructurales. Estaba cubierto por una bóveda de horno y en las paredes había nichos que albergaban estatuas sobre dos órdenes. Los nichos estaban encuadrados por edículos constituidos por pequeñas columnas que se apoyaban en ménsulas que salían de la pared. Sobre el fondo del ábside estaba realizado un podio en mampostería destinado a albergar el tribunal de los jueces. La intervención, habitualmente atribuida a la terminación por Constantino, en lugar de eso probablemente debe considerarse más tardía, probablemente en torno a finales del siglo , como parece probar el nivel más elevado de los cimientos del nuevo ábside[14].
Y en el lado sur, el que daba a la vía Sacra, abrió una segunda entrada. Esta entrada meridional fue descubierta durante las excavaciones del siglo . Está constituida por un porche saliente (próstilo) con cuatro columnas (tetrástilo), con fustes en pórfido. Se accedía a esta entrada por una escalinata, construida para superar el desnivel entre la vía y la Velia. El color del edificio antes de quedar destruido era blanco. El edificio estaba dotado también por numerosos enlaces verticales: en el interior de la mampostería en el ángulo noroccidental estaba inserta una escalera de caracol, de la que hoy quedan cinco peldaños; otra debía encontrarse en el opuesto ángulo sudoriental.
Estructura
El gran grosor de sus muros, de hasta 6 metros, y la enorme envergadura del edificio hizo de él en aquel momento uno de los monumentos más destacados de Roma. En la época de su construcción, fue la estructura más grande construida y de ese modo es un edificio único que asumía tanto aspectos de las termas romanas como de una típica basílica romana. En aquella época, usó las técnicas de ingeniería conocidas incluyendo innovaciones tomadas del Mercado de Trajano y las Termas de Diocleciano, que son el mejor ejemplo de las grandes salas termales. Las termas de Diocleciano se transformaron después en la basílica de Santa María de los Ángeles.
Es todo un ejemplo de la ingeniería romana. Se parece a muchas basílicas de la época como la basílica Ulpia, en que presentaba un enorme espacio abierto en la nave central. Pero, a diferencia de otras basílicas, en lugar de tener columnas que soportaran el tejado, todo el edificio fue construido usando arcos, una apariencia mucho más común en las termas romanas que en basílicas. Las bóvedas de arista que cubrían la nave "Nave (arquitectura)") central repartían el peso puntualmente a sendos contrafuertes. El espacio entre estos contrafuertes se aprovechó cubriéndose con bóvedas de cañón y acotándose con un muro sin función portante. Las fuerzas laterales de las bóvedas de arista eran soportadas por naves laterales. Así pues, la estructura de la basílica de Majencio es muraria, y las grandes columnas de mármol tienen una función estrictamente decorativa, la prueba es que han caído, y aún se conservan las ménsulas, o parte de ellas.
Como los muros contrafuertes estaban sobredimensionados, se practicaron en ellos huecos y puertas que permitían el paso por las naves laterales mientras la nave central estaba ocupada en otras actividades. Otra diferencia respecto a las basílicas tradicionales es el tejado de la estructura. Mientras que las basílicas tradicionales tenían tejado plano, la de Majencio se construyó con un techo con casetones, disminuyendo el peso general de la estructura y minimizando las fuerzas horizontales ejercidas sobre los arcos exteriores.[16] La iluminación procedía de las ventanas de las naves laterales, y de las ventanas semicirculares abiertas en la nave central, de mayor altura que las laterales.