En el complejo se hallan una abadía benedictina, parte de la cual se remodeló como hospedería para atender al turismo, una basílica excavada en la roca donde se encuentran las tumbas de Franco, Primo de Rivera y ocho capillas donde están enterrados militares de ambos bandos. Sobre la basílica se alza la más alta cruz cristiana del mundo^{[cita requerida]} con 150 metros de altura visible a más de 40 kilómetros de distancia.

Desde el acceso al recinto, una carretera lleva al pie del monumento de la Santa Cruz del Valle de los Caídos, desembocando en una gran explanada. A medio camino entre la entrada y la explanada el viajero se encuentra con cuatro grandes monolitos cilíndricos, de granito, de 11,50 metros de altura y 1,50 metros de diámetro cada uno, que reciben el nombre de «Juanelos». Fueron esculpidos durante el reinado de Felipe II, bajo la dirección del ingeniero italiano, afincado en Toledo, Juanelo Turriano.

Puede accederse a la base de la cruz por medio de un funicular. La altura de la cruz es de 150 m y sus brazos miden 46 metros y tiene dos basamentos. A 25 metros de altura, en el primer basamento, se encuentran las esculturas de los cuatro evangelistas y sus símbolos —Juan y el Águila, Lucas y el Toro, Marcos y el León y Mateo y el Hombre alado— realizadas por Juan de Ávalos. En el segundo basamento, a 42 metros de altura, se representan las cuatro virtudes cardinales: prudencia, justicia, fortaleza y templanza.

En la explanada se encuentra la entrada a la cripta (o basílica) de 262 metros de longitud. Se excavaron 200.000 metros cúbicos de roca para su construcción. La puerta de entrada, construida en bronce, es obra del escultor Fernando Cruz Solís. En ella están representados los 15 misterios del Rosario y un apostolado; de Carlos Ferreira son los dos arcángeles del atrio. En la reja que da paso a la nave se hallan representados cuarenta santos y está rematada en el centro con la figura del Apóstol Santiago, patrono de España. La nave está dividida en cuatro tramos; hay en ella seis capillas y en los murales ocho tapices flamencos realizados en el siglo XVI, aunque los que hoy vemos son copia del siglo XX, teniendo como tema iconográfico el Apocalipsis de San Juan.

El altar mayor es de una pieza de granito pulimentado. Cuenta con dos relieves de hierro dorado forjados por José Espinós Alonso sobre dibujos de Diego Méndez, que representa el Santo Entierro y la Sagrada Cena. Sobre el altar se encuentra una cruz de madera de enebro con un Jesucristo obra de Julio Beovide, policromado por Ignacio Zuloaga, Tras él se encuentra la tumba de Francisco Franco y frente a él la de José Antonio Primo de Rivera. Esta encuadrado por cuatro arcángeles de bronce, obra de Juan de Avalos. Sobre el altar mayor la cúpula de 42 metros de altura y 40 de diámetro, decorada con mosaico policromado por Santiago Padrós.

En la cabecera del crucero está el coro, con sitiales en madera labrada. En los laterales hay dos capillas con buena parte de los restos de las más de 40.000 personas que hay en la basílica, caídos en los frentes de la Guerra Civil, aproximadamente la mitad de cada bando.