De style romano-byzantin, la chapelle est en forme de croix latine et ses murs sont parés de pierre de Givet reconstituée. Elle fait 46 mètres de long sur 14 mètres de large, son transept mesurant 30 mètres. Elle présente la particularité d'être dotée d'une coupole située à la croisée du transept qui culmine à 34 mètres de hauteur ainsi que d'un autel extérieur surmonté d'un baldaquin, devant l'entrée principale, destiné à permettre la célébration des offices à l'extérieur.
Au fronton extérieur, au dessus de l'entrée, figure la dédicace suivante à la Vierge Marie :
"O Toi qui du sein des douleurs
enfantas la Sainte Espérance
A Toi ce temple né des pleurs
Offerts par les femmes de France"
Le pélerin ou le visiteur qui entre dans la chapelle est accueilli par un grand Christ glorieux qui ouvre les bras, représenté dans le choeur, lequel est entièrement décoré de mosaïques multicolores.

Autel

Maître-autel

On remarque également d'emblée les très nombreuses plaques de marbre qui recouvrent le bas des murs de la chapelle et qui sont destinées, par la volonté de leurs familles, à rappeler la mémoire de nombreux soldats tués lors des batailles qui se sont déroulées dans la région. L'une d'elles, fixée à droite en entrant dans la chapelle, rappelle la disparition, le 9 mai 1915, au cours de la bataille d'Artois, du vainqueur du Tour de France 1909, le luxembourgeois François Faber, engagé dans la Légion étrangère en août 1914. Ce travail de mémoire est toujours vivace aujourd'hui, de nouvelles plaques étant encore posées chaque année par des descendants de combattants de la Grande guerre.
Dans la partie gauche du transept de la chapelle, se trouve un monument élevé sur la tombe de Monseigneur Eugène Julien, évêque d'Arras à partir de 1917 et l'un des fondateurs de l'association du Monument de Notre-Dame de Lorette. Décédé en mars 1930, il fut, ainsi qu'il le souhaitait, inhumé dans la chapelle qu'il avait contribué à faire édifier afin que son souvenir reste associé à celui des soldats morts durant la première guerre mondiale. Un autel latéral est élevé dans cette même partie de l'église, surmonté du calvaire mutilé de Carency, qui était érigé, avant le début de la guerre à l'entrée de ce village situé à proximité de la colline de Lorette. Un second autel latéral se trouve dans l'autre partie du transept. Il est surmonté du tryptique de Notre-Dame de Czestochowa, qui fut apporté dans la chapelle le 16 juin 1935 par une foule de 15 000 catholiques représentant les 100 000 polonais qui résidaient alors dans le diocèse d'Arras. Il s'agit d'une copie de la célèbre icône de la Madone noire, placée dans la basilique du monastère de Jasna Gora à Czestochowa en Pologne et qui attire en ce lieu les pélerins du monde entier depuis le 14ème siècle. Cette oeuvre a été réalisée par l'artiste Jean Gaudin qui a décoré la chapelle de Notre-Dame de Lorette.
Monument de Monseigneur Julien

Cette partie droite du transept abrite la statue de Notre-Dame de Lorette, la Vierge Marie étant représentée avec son Fils Jésus dans les bras, assise sur la maison miraculeuse portée par deux anges aux ailes refermées. Pour comprendre cette représentation, il faut se rappeler que le sanctuaire de Loreto en Italie comporte une basilique dans laquelle se trouve la Santa Casa, c'est-à-dire la maison qu'une ancienne tradition considère comme celle où vécut la Vierge Marie et qui aurait été emportée par un cortège d'anges et transportée en Italie, à la fin du 13ème siècle, en 1294. Telle est l'origine du culte voué à Notre-Dame de Lorette.
Statue de Notre-Dame de Lorette

Dans la partie gauche du transept figure également un panneau qui rappelle la mémoire de Louise de Bettignies, agent secret français durant la Première guerre mondiale, qui mourut en captivité en 1918.
La chapelle a été entièrement restaurée en 2018-2019 et ses mosaïques ont retrouvé un éclat remarquable, qui s'était perdu au fil du temps.

