La chiesa di Santa Maria di Caravaggio in Milano, realizzata su progetto dell'architetto Cecilio Arpesani, è una costruzione in stile lombardo-romanico a croce romana divisa in tre navate; le laterali chiuse da volte in cotto, la principale coperta da un soffitto in legno dipinto, con travi a vista decorate. Fanno da sostegno colonne con capitelli corinzi.
Al culmine della navata centrale, s'innalza l'Altare Maggiore sopraelevato, cui si accede grazie a due scalinate: in mezzo ad esse ve n'è una terza, che porta alla sottostante cripta, dedicata alla Beata Vergine di Caravaggio.
Del primitivo presbiterio, interamente rifatto nel 1974, su disegno dell'architetto mons. Enrico Villa, per adeguarsi alla riforma liturgica voluta dal Concilio Vaticano II, resta la mensa, con l'artistico tabernacolo, sovrastata da un tempietto o ciborio.
Tutta questa parte della chiesa è posta sotto una cupola ottagonale, sorretta da archi a tutto sesto ed è abbellita da vetrate raffiguranti gli angeli; al centro, è visibile un tondo riproducente una "Madonna Nera", di cui pochi conoscono l'esistenza, probabilmente perché si trova in una posizione scomoda da osservare.
L'abside è affrescata con scene che rappresentano l'incoronazione della Vergine , tra i cori degli Angeli. Probabilmente, nel progetto originario, questa doveva essere la parte finale di una serie di affreschi illustranti i "misteri gloriosi" del Rosario, che terminano, appunto, con Maria incoronata regina degli Angeli e dei Santi. Quasi certamente a causa di ristrettezze economiche, l'idea non trovò compimento. Alcune vetrate tonde che si affacciano lungo il sottotetto, riportano temi delle litanie lauretane; tra esse se ne distingue una riproducente la Basilica stessa.
Lungo le navate laterali,sulle cui pareti sono affissi quattordici quadri lignei con le scene della "Via Crucis" in bassorilievo, si aprono piccole cappelline ed altarini devozionali.
Sulla sinistra troviamo una statua dedicata a S. Antonio da Padova, che molti devoti ha sempre annoverato in questa parrocchia. Segue il Battistero, impreziosito da un affresco con Gesù che riceve il Battesimo nel Giordano, mentre la luce filtra attraverso due vetrate raffiguranti un angelo che regge la "veste bianca" ed uno con il cero. Procedendo, si ammira la cappella dedicata a Maria Bambina, con un mosaico degli anni '50.
Sulla destra, dopo un artistico Crocifisso in legno, restaurato dalla scuola del Beato Angelico di Milano, incontriamo l'altare di Santa Rita e quello di San Francesco, adornato, nel 1986, da un mosaico riproducente il Santo ai piedi della Croce.
Sono da rimarcare le vetrate decorate che illuminano tutte queste piccole cappelle; come, ad esempio, San Francesco che veglia Gesù nel Presepe, le due , che riportano alle antiche litanie del Sacro Cuore, una scena della vita di Maria , presso l'altare dedicato alla natività della Madonna, per citare, infine, la maggiore, situata proprio sopra l'ingresso principale della chiesa.
Ai lati dell'Altare Maggiore, si aprono due cappelle più grandi.
A sinistra, la Cappella del Sacro Cuore , o della Santissima Eucarestia, dominata da un mosaico del 1978, con il Cristo che spalanca le braccia, quasi ad accogliere quanti a lui si affidano.
A destra, la Cappella dedicata a San Giuseppe, interamente restaurata nel 1987. Sullo stesso lato, è conservato un gruppo marmoreo raffigurante la "Pietà": qui grande è la devozione dei parrocchiani, soprattutto nel mese di novembre quando, attorno ad esso, viene allestita una "cappellina della memoria" per ricordare i defunti.
Percorrendo il transetto, possiamo ammirare il grande organo, posto sopra quella che un tempo era la "penitenzieria maschile", senza tralasciare di gettare uno sguardo sull'artistico gioco di archi e volte, sapientemente messi in risalto dal nuovo impianto d'illuminazione.
Un discorso a sé merita la Cripta, a cui s'è già accennato prima.
Posta sotto l'Altare Maggiore, racchiude la statua della Madonna di Caravaggio e della veggente, la beata Giannetta. Queste immagini, qui riprodotte in un'antica fotografia in bianconero, sono ancora le originali, scampate all'incendio della prima chiesetta in legno. L’8 maggio 1955, l'allora Arcivescovo di Milano, Giovanni Battista Montini, impose sul capo di Maria un prezioso e artistico diadema.