Nhà thờ được khởi công xây dựng vào năm 1927 và được khánh thành ngày 1/2/1931. Người vẽ hoạ đồ thiết kế là giáo sĩ kiến trúc sư Hơbrard. Nhà thờ được xây dựng theo phong cách kiến trúc Á - Âu và được coi là tiêu biểu cho loại nhà thờ theo phong cách kiến trúc này, trang nghiêm, cổ kính. Khách tham quan đặc biệt quan tâm tới “hệ thống” mái ngói của nhà thờ, nhiều tầng, nhiều lớp, không đều nhau. Nhà thờ Cửa Bắc vừa có thể hoà mình vào với không gian kiến trúc xung quanh nhưng đồng thời lại cũng là điểm nổi bật của không gian này.
Một số hình ảnh về kiến trúc Nhà thờ Cửa Bắc:
Theo Hà Nội Danh thắng và Di tích tập 01