La basilica intitolata alla santa, è una costruzione moderna, nata in questo secolo, edificata nell'arco di nove anni, dal 1938 al 1947.
L'attuale chiesa è nata in sostituzione di una precedente, ricostruita nel 1557 e già dedicata a Santa Rita; la costruzione del santuario ha comportato purtroppo la distruzione non solo dell'antica chiesa, ma anche l'abbattimento del rinascimentale teatro Flavio e di Palazzo Martelli.
La prima pietra della basilica è stata posta il 20 giugno 1938, la sua consacrazione il 18 maggio 1947 ad opera di Mons. Settimio Peroni vescovo di Norcia.
Il progetto del santuario si deve all'ingegnere vaticano Mons. Spirito Maria Chiapetta, il quale intese, "nella scelta della costruzione a pianta centrale, dove sono accostati stili diversi, rispecchiare l'universalità della fama e della devozione a Santa Rita." (A. Fabbi, Storia e Arte nel Comune di Cascia, 1975, p. 297).
Il progetto dell'architetto del Vaticano andò a sostituirne uno precedente di Armando Brasini, uno dei più famosi professionisti dell'epoca, accademico d'Italia, che offrì gratuitamente la propria collaborazione all'impresa e che aveva progettato un edificio a pianta circolare, di impianto classicheggiante, che venne però scartato dalle monache agostiniane per i costi troppo alti che avrebbe comportato la sua costruzione.
Il progetto fu realizzato dagli architetti milanesi Giuseppe Calori e Giuseppe Martinenghi, i quali apportarono sostanziali modifiche all'idea iniziale durante i lavori.
La struttura della chiesa attuale è a croce greca, con quattro absidi coperte da semicupole alle estremità dei bracci, mentre al centro è una grande cupola ottagonale; lungo il perimetro dell'edificio si aprono sessantadue monofore, disposte in due ordini.
Il Martinenghi disegnò anche la facciata, in travertino di Tivoli, tripartita in altezza, dove campeggia, nella parte mediana una grande croce fiancheggiata da angeli, inserita in una finestra con la terminazione ad arco; all'estremità della facciata sono due alte torri campanarie con le cuspidi molto slanciate rivestite in rame, come la cupola ottagonale che sovrasta la pianta centrale.
Nella fascia che divide la parte inferiore della facciata dalla mediana si trova una un'iscrizione in caratteri cubitali, che funge anche da fregio, e che inneggia alla santa: SALVE RITA VAS AMOROSA/ SPONSA CHRISTI DOLOROSA/ TU DE SPINIS SALVATORIS/ PULCHRA NASCERIS UT ROSA.
Ai lati del portale sono due pilastri divisi in dieci riquadri scolpiti dal milanese Eros Pellini, con rilievi riferentisi agli episodi salienti della vita della santa, con ai lati iscrizioni in volgare tratte dalla cassa lignea quattrocentesca nata per accogliere la prima sepoltura di Santa Rita: O BEATA CON FERMEZZA ET CON VIRTUDE/ CHE MERITU SCI GRANDE ADTRIBUISTI/ CHE SOPRA OGNI DONNA FU DONATA/ CHE UNA DELLE SPINE DE XPO RECEPISTI/ ET NON TE PARVE ESSER MUNDA / PER ANDARE A LA VITA PIU' IOCUNDA.
Gli episodi scolpiti dal Pellini sono: la Nascita della santa, la Sua famiglia con i due figli, l'Uccisione del marito, l'Ingresso nel monastero, il Miracolo della vite, le Opere di carità, l'Estasi della spina, il Giubileo, la Malattia, la Morte.
Il Pellini scolpì anche, all'interno del santuario, i bassorilievi della Via Crucis e i paliotti degli altari.
Sulle porte lignee sono scolpiti otto santi agostiniani: a sinistra, il Beato Simone Fidati, S. Agostino e S. Stefano Bellesini; a destra S. Gelasio papa, S. Nicola da Tolentino, S. Alipio, il Beato Filippo da Piacenza.
All'interno, si percepisce bene la pianta centrale, con le quattro absidi e la cupola ottagonale.

L'abside centrale è dedicata al Sacramento e al Miracolo eucaristico della reliquia Corporis Christi; la destra a Santa Maria della Consolazione, la sinistra a Santa Rita, mentre quella del braccio d'ingresso, alla Passione di Cristo.
La zona centrale è delimitata da un ambulacro di trentadue colonne, alcune di marmo onice rosato ed altre di cemento armato rivestito di tessere vitree di colore verde; al termine delle colonne, i capitelli dorati scolpiti con vari simboli, sormontati dal pulvino, elemento presente nelle chiese bizantine.
Nel secondo ordine corre un matroneo, galleria riservata alle donne, in questo caso alle monache agostiniane di clausura, ugualmente ispirato alle chiese paleocristiane e bizantine: l'uso del pulvino e il matroneo in una chiesa a pianta centrale richiamano in particolare la chiesa di San Vitale a Ravenna.
La cupola, decorata con schiere di angeli dipinti con colori vivacissimi, è opera di Luigi Montanarini, che nel tamburo ha anche raffigurato i Santi agostiniani e nei quattro pennacchi il Transito di Santa Rita, la Canonizzazione, le Opere ritiane, la Proclamazione del tempio a basilica.
La chiesa fu infatti proclamata Basilica minore da Pio XII nel 1955, e lo stemma del papa è inserito nel pavimento realizzato in marmo, in opus sectile.
L'abside d'ingresso fu affrescata da Silvio Consadori di Brescia, che raffigurò al centro il Trionfo della Croce; una scritta in caratteri dorati, riferentesi alla Passione, corre sotto la conca absidale: SI EXTALTATUS FUERO A TERRA OMNIA TRAHAM AD ME IPSUM.
Consadori si ritrasse nella folla che attornia la croce, con un manto verde e un libro rosso in mano, a lato del personaggio recante il vessillo di Cascia, come ritrasse nella stessa moltitudine anche diversi altri personaggi del monastero e della città di Cascia.
Lo stile del Consadori, come del resto quello degli altri pittori che parteciparono all'impresa decorativa, è fortemente caratterizzato: l'artista impone le sue figure con grande forza plastica e con un colore vivace.
Nell'arcone davanti alla conca absidale, lo stesso pittore ha raffigurato l'Orazione nell'orto e il Ritorno delle Marie dal Calvario; nella parte anteriore del matroneo, la Fuga in Egitto, la Disputa tra i dottori, il Battesimo nel Giordano, la Resurrezione di Lazzaro, il Bacio di Giuda, la Cattura di Cristo, la Flagellazione, la Caduta sotto la Croce.
Consadori eseguì gli affreschi nell'arco degli anni 1951-1956.