廣州聖心教堂石室教堂始建於1863年，落成於1888年，前後歷時25年，至今有130多年的歷史。由於教堂的全部牆壁和柱子都是用花崗岩石砌築，所以稱之為“石室”或“石室耶穌聖心堂”、“石室天主教堂”，是省重點文物保護單位。
石室教堂建築總面積2754平方米，坐北朝南，東西寬32.85米，南北長77.1米，底層建築面積約2200平方米，而從地面到塔尖高58.5米。教堂屬哥德式風格，可與聞名世界的巴黎聖母院媲美。1863年6月28日是天主教聖心瞻禮日，正式舉行奠基典禮，並命名為聖心大教堂。
教堂的建築結構是：正面為一對巍峨高聳的雙尖石塔，塔尖直插藍天。石塔中間西側是一座大時鐘，東側一座大鐘樓，安放四座專門從法國運來的大鬧鐘。堂內是尖形肋骨高叉的拱形穹窿。正面大門上面和四周牆分布的花窗欞都是合掌式。所有門窗都以法國製造的較深的紅、黃、藍、綠等七彩玻璃鑲嵌。這種玻璃可避免窗外強光射入，而使室內光線終年保持著柔和，形成祥和、肅穆、神秘的宗教氣氛。
石室的平面為“十”字形。這是有其十分明顯象徵意義的。“十”字在世界各地的遠古時代，是太陽和火的象徵，也即“光明”之意。但十字又是古代一種極其殘酷的刑具，它用橫直二木交叉而成。行刑時，將受刑者的兩手分別釘於橫木的兩端，雙足合在一起重疊釘於直木的下方，然後將木架豎起，使受刑者高懸，距地面3米。受刑者最終由於體力或心力衰竭而死去。當年耶穌就是被釘死在這樣的十字架上的。
後來這種十字架刑具因耶穌受難而成為基督教信仰的標記。它又與古代的“十”字為太陽、火、光明的意義相吻合，符合基督教對上帝之光的追求，因而成為西歐基督教堂正院的平面形式。
聖心大教堂現僅存教堂、主教府和東面頤鐸堂。教堂建築可分為前後兩個部分：前半部分是兩座尖頂石塔，這種哥德式建築藝術有著濃厚的宗教色彩與含義，象徵著向天升華、皈依上帝的宗教思想。後半部分是大禮拜堂，這禮拜大堂又高又圓又大。其頂部原為木桁桷結構，1929年由法國人巍暢茂改為現在的鋼筋混凝土結構。基石位於堂前東西兩側：東側刻有拉丁文“耶路撒冷”，西側刻有“羅馬”字樣。其意思十分明顯，意為天主教創立於東方的耶路撒冷，而盛興於西方的羅馬。基石下面除藏有清代流通的銀幣以及宗教用品外，還有建堂人法國主教明稽章和中國青年“亞海”分別取自耶路撒冷和羅馬的泥塊，各1公斤。
教堂的外圍四周有大小石亭近百座，按原設計可安放宗教人物塑像之用。後因故未能實現，成為該建築物未完成之部分。
