Estilo arquitectónico: ACADEMICISTA ITALIANO
La primitiva capilla fue levantada en 1730. Durante los años 1753 y 1756 se construye la segunda iglesia, comenzando a usarse el título de “Parroquia Nuestra Señora del Rosario”.
En 1832 Rosario contaba con alrededor de dos mil quinientos habitantes y la principal construcción era la nueva Iglesia. En 1834, se inicia la reconstrucción del templo parroquial, con techo de paja que pusiera Santiago Montenegro, lo que requiere la demolición del edificio. Las tareas del nuevo proyecto se encargan al arquitecto Timoteo Guillén; la nueva Iglesia tiene al frente un pórtico de estilo griego, emplazado en coincidencia con el pórtico anterior.
Dos campanarios circulares en los ángulos extremos completan el frente y se apoyan sobre bases cuadradas sobreelevadas que forman un segundo plano en todo el ancho del templo.
En 1880 se inician nuevas ampliaciones, se encarga el proyecto al arquitecto Juan B. Arnaldi, modifica el pórtico y las torres del campanario, agranda la nave transversal, el baptisterio, el presbiterio y la cúpula. Sus cúpulas anteriores eran de estilo bizantino en 1882 se le realizan algunas mejoras.
Del templo anterior construido por el arquitecto Timoteo Guillén, la nueva Iglesia conserva las dos paredes laterales desde el frente hasta unos treinta metros de fondo y, para reforzarlas, se agregaron en el interior las columnas apareadas que soportan la bóveda actual. La decoración sobre la bóveda, una representación de Nuestra Señora del Santísimo Rosario de Pompeya, pintada por los hermanos Monti.
El gobierno de Santa Fe en 1888 aporta siete mil pesos moneda nacional, para adquirir el actual órgano. El instrumento fue construido por Giacomo Locatelli en Italia y llega a la ciudad en 1911.
En los años 1920, se le agrega el ingreso principal, la modificación de los remates de las torres y la cúpula central. El frente es renacentista, tiene seis columnas estilo corintio.
El altar mayor ser realizó en Italia con mármol de Carrara, obteniendo un premio internacional en un concurso de arte religioso. La bóveda de cañón, corrido del techo que fue pintado con situaciones bíblicas por Julio Ángel Galli; las figuras de los 4 evangelistas son obra de Francisco Stella.
Los arquitectos José Gerbino y Leopoldo Schwartz entre 1922 y 1925 inician las obras de construcción del Santuario Camarín; debajo de la cúpula de la Iglesia, en el subsuelo y puede albergar 150 personas.