Il progetto fu affidato all’architetto Pollio, appartenente alla scuola vanvitelliana. L’edificio ha uno stile prettamente barocco: presenta statue, angeli, festoni, conchiglie, cartocci e fregi vari che la rendono un vero e proprio gioiello d’arte settecentesca. In tre secoli, rispettando la struttura originaria, vi sono state diverse opere di abbellimento che hanno accresciuto il decoro del tempio: il pavimento e la parte bassa dei pilastri furono rifatti di marmo, così come decorazioni, pitture, vetrate policrome, e rivestimento marmoreo anche dei dieci portali.

Nel 1982 la chiesa di San Tammaro vescovo ha ottenuto l’importante riconoscimento di Basilica pontificia minore, una denominazione onorifica che il Papa concede, tramite un breve apostolico, a edifici religiosi cattolici particolarmente importanti attribuendovi il rango di basilica.