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.
Estrutura
A grande espessura das suas paredes, até 6 metros, e a enorme extensão do edifício fizeram dele um dos monumentos mais destacados de Roma da época. Na altura da sua construção, era a maior estrutura alguma vez construída, sendo por isso um edifício único que assumia tanto a vertente das termas romanas como uma típica basílica romana. Naquela época, utilizou técnicas de engenharia conhecidas, incluindo inovações retiradas do Mercado de Trajano e das Termas de Diocleciano, que são o melhor exemplo de grandes salas termais. As Termas de Diocleciano foram posteriormente transformadas na Basílica de Santa Maria dos Anjos.
É um exemplo de engenharia romana. É semelhante a muitas basílicas da época, como a basílica de Ulpia, por possuir um enorme espaço aberto na nave central. Mas, ao contrário de outras basílicas, em vez de colunas que sustentam o telhado, todo o edifício foi construído em arcos, aspecto muito mais comum nas termas romanas do que nas basílicas. As abóbadas de arestas que cobriam a nave central "Nave (arquitetura)") distribuíam o peso pontualmente pelos respectivos contrafortes. O espaço entre estes contrafortes foi aproveitado cobrindo-o com abóbadas de berço e delimitando-o com uma parede sem função de suporte. As forças laterais das abóbadas de arestas eram suportadas por naves laterais. Assim, a estrutura da Basílica de Maxêncio é murária, e as grandes colunas de mármore têm função estritamente decorativa, a prova é que caíram, e os cachorros, ou parte deles, ainda se conservam.
Como os contrafortes eram sobredimensionados, neles foram feitas aberturas e portas que permitiam a passagem pelas naves laterais enquanto a nave central era ocupada com outras atividades. Outra diferença das basílicas tradicionais é a cobertura da estrutura. Enquanto as basílicas tradicionais tinham cobertura plana, a de Maxêncio foi construída com cobertura em caixotões, reduzindo o peso total da estrutura e minimizando as forças horizontais exercidas sobre os arcos exteriores. A iluminação provinha das janelas das naves laterais e das janelas semicirculares abertas da nave central, mais altas que as naves laterais.