Khác với những ngôi nhà thờ công giáo khác, nhà thờ đá Phát Diệm là tên gọi chung cho quần thể các ngôi nhà thờ tại Phát Diệm, Kim Sơn, Ninh Bình. Nhà thờ đá, là một ngôi nhà thờ nhỏ - còn gọi là nhà thờ dâng kính Trái tim Đức Mẹ - trong cụm nhà thờ được dựng nên bởi Cha Sáu, vào cuối thế kỷ XIX. Điểm đặc biệt của quần thể nhà thờ đá Phát Diệm chính là lối kiến trúc phương Đông khác biệt (và có lẽ là độc nhất). Bởi các công trình nhà thờ đậm nét kiến trúc châu Âu thường có con đường rộng, thẳng trực diện nhà thờ. Còn nhà thờ Phát Diệm lại thiết kế một hòn đảo giữa hồ có bức tượng Chúa Giêsu. Bên cạnh đó, từ ngôi nhà lớn cho đến từng ngôi nhà thờ nhỏ bao quanh, đều mang những ý nghĩa sâu xa. Đẹp trong từng đường nét kiến trúc, ý nghĩa trong từng hoa văn trang trí. Có lẽ vậy mà nhà thờ đá Phát Diệm được xếp vào top 10 địa danh thu hút khách du lịch nhất ở Việt Nam.

Ngay trước nhà thờ chính Phát Diệm là tòa phương đình bằng đá, đây được coi là công trình đẹp nhất trong cụm quần thể kiến trúc này. Kiến trúc sư của nhà thờ Phát Diệm - Linh mục Trần Lục đã xây một công trình mở, bằng đá vuông, thông từ trước ra sau. Tòa đình cao 25 m, rộng 17 m, dài 24 m, gồm ba tầng được xây dựng bằng đá phiến. Bằng lối kiến trúc phương Đông đặc sắc, phần lớn nhất của tòa đình là tầng dưới cùng được xây dựng bằng đá xanh. Nghệ thuật xây dựng phương đình rất đáng khâm phục. Những người thợ với kỹ nghệ thủ côngđã ghép những phiến đá nặng hàng nghìn cân, có độ chính xác rất cao. Các vòm cửa bằng đá được lắp ghép đến độ tinh xảo. Ở giữa tòa phương đình có một phiến đá rất lớn, phẳng lỳ nhẵn bóng, được lấy từ khu vực thành Nhà Hồ (Tây Đô) ở Thanh Hóa đem về. Tương truyền đây chính là sập đá trong điện cũ của nhà Hồ. Cả hai phía trong và ngoài là những bức phù điêu được khắc chạm trên đá hình ảnh chúa Giêsu và các vị thánh với những đường nét thanh thoát. Tầng thứ hai của phương đình treo một trống lớn. Tầng ba treo một quả chuông cao 1,4m, đường kính 1,1m, nặng gần 2000 kg. Quả chuông lớn ở phương đình được đúc vào năm 1890. Mái của phương đình có năm vòm, bốn vòm ở bốn góc thấp hơn, vòm cao nhất là vòm ở giữa tầng ba. Mái của phương đình ở nhà thờ đá Phát Diệm không cao vút kiểu ngọn tháp như những nhà thờ khác mà là mái cong thấp như mái đình, mái chùa.

Từ phương đình nhìn qua sân là năm khung cửa của nhà thờ chính được xây dựng năm 1891. Từ đây, có năm lối vào vòm đá được chạm trổ, với ba gác mái cong phía trên. Nhà thờ chính dài 74m, rộng 21m, cao 16m, có bốn mái. Trong nhà thờ có 6 hàng cột gỗ lim nguyên khối, hai hàng cột giữa cao tới 11m, chu vi 2,35m, mỗi cột nặng khoảng 7 tấn. Gian thượng của thánh đường có một bàn thờ lớn làm bằng một phiến đá nguyên khối dài 3m, rộng 0,9m, cao 0,8m, nặng khoảng 20 tấn. Mặt trước và hai bên được chạm trổ các loài hoa đặc trưng của bốn mùa làm cho bàn thờ như được phủ một chiếc khăn màu thạch sáng. Gian cung Thánh, nơi để bàn thờ chính là phần cuối của tòa nhà gỗ, mái thấp hơn phần giữa. Bàn thờ chính là một khối đá liền nặng mấy chục tấn. Bên trên tầng lớp những bức cửa võng (theo cách gọi dân gian Bắc bộ) sơn son thếp vàng. Chính giữa là tượng Đức Mẹ bế Chúa hài đồng, với hàng loạt tranh thánh. Bên trên là tượng Chúa Giêsu làm vua ở giữa, mỗi bên là 3 thánh tử vì đạo, người Việt. Trên cùng lại là tranh Đức Mẹ. Vốn nhà thờ có tên chính thức là Nhà thờ kính Trái tim Đức Mẹ, nên chủ đề Đức bà Maria được tôn vinh nhiều. Hai phía bên nhà thờ có bốn nhà thờ nhỏ được xây dựng theo một phong cách kiến trúc riêng.

Trong khuôn viên nhà thờ Phát Diệm có 3 núi đá. Đó là hang Belehem tượng trưng cho chuồng cừu nơi bà Maria sinh Chúa Giêsu. Núi sọ Golgotha tượng trưng nơi Chúa Giêsu bị đóng đinh câu rút. Hang Lộ Đức tượng trưng hang Loudres ở Pháp, tương truyền nơi Đức Mẹ hiện ra nhiều lần vào thời trung cổ. Vì nhà thờ Phát Diệm mang tên chính là để thờ Trái tim Đức Mẹ, nên hang này được lập và thường xuyên được cầu nguyện. Một điểm thu hút khách du lịch đến với quần thể các ngôi nhà thờ Phát Diệm chính là ngôi nhà thờ đá. Gọi là nhà thờ đá vì tất cả mọi thứ ở nhà thờ này đều được làm bằng đá, từ nền, tường, cột, chấn song cửa... Phía trong được chạm nhiều bức phù điêu đẹp, đặc biệt là bức chạm tứ quý: tùng, mai, cúc, trúc, tượng trưng cho thời tiết và vẻ đẹp riêng của bốn mùa trong một năm.Ðường nét khắc họa những con vật như sư tử, phượng sống động đến lạ thường.....

Với phong cách kiến trúc phương Đông, nhà thờ đá Phát Diệm được đánh giá là nhà thờ độc đáo nhất Việt Nam.