L'abside est la partie la plus importante de l'église, située entre les façades de la Nativité et de la Passion. Dans le cloître central se trouve la chapelle de l'Assomption, flanquée de deux sacristies, dont l'une est déjà achevée. Gaudí a dédié cette abside à la Vierge Marie, qu'il admirait profondément. Le projet prévoit sept chapelles absidiales, en l'honneur des sept douleurs et joies de saint Joseph, conformément aux souhaits de Bocabella, le fondateur. Les chapelles sont séparées à l'extérieur par huit contreforts s'élevant jusqu'à 50 mètres, avec des flèches. Chaque chapelle est soulignée par trois vitraux au sommet, encadrés par des contreforts plus bas. Inspirée de l'architecture gothique, sa structure suit le tracé de la crypte qui se trouve en dessous. La construction s'est déroulée entre 1890 et 1893, mais les voûtes des chapelles et le déambulatoire ont été achevés dans les premières années du XXIe siècle.

L'abside est ornée d'une riche décoration sculpturale, avec des statues qui rendent hommage aux fondateurs des ordres religieux. Le long des contreforts, de la Nativité à la Passion, on trouve des figures telles que sainte Claire, saint Bruno, saint Bernard de Clairvaux, saint Benoît de Nursie, sainte Scholastique et saint Antoine Abbé. Les vitraux de la façade du transept représentent saint François d'Assise et sainte Thérèse de Jésus, respectivement pour la Nativité et la Passion. Les anagrammes de Jésus, de la Vierge et de saint Joseph sont également visibles, chacun étant empreint de symbolisme. Les pinacles des contreforts se terminent par des sculptures d'épis de maïs et de bourgeons de plantes indigènes, qui faisaient auparavant partie du paysage rural, présentées comme une offrande florale à la Vierge. En outre, sur la partie supérieure des contreforts, on trouve des gargouilles aux formes animales telles que serpents, caméléons, escargots, lézards, grenouilles et salamandres, créations de Llorenç Matamala. À l'intérieur de l'abside, 56 sculptures d'anges sur des corbeaux, réparties dans les sept chapelles, sont l'œuvre de Jaume Cases.

Les balustrades surélevées des chapelles de l'abside sont décorées de motifs floraux tirés de l'antienne du Petit Office de la Vierge Marie, tels que des cèdres, des palmiers, des cyprès, des canneliers, des roses, des oliviers et des baumes. Les pignons des frontons de l'abside présentent également une décoration sculpturale symbolisant les fruits de la Vierge Marie, tels que l'églantine, la cannelle, la datte, l'olive et le raisin. Les lanternes des chapelles présentent les symboles des antiennes correspondant à la dernière semaine de l'Avent, connues sous le nom d'antiennes "O".