Iniciada en 1882 conforme al diseño original de Francisco del Villar, cuando Gaudí asumió el control de la construcción el 3 de noviembre de 1883, introdujo cambios en los pilares, añadiendo capiteles con motivos naturalistas. Además, elevó la bóveda y rodeó la cripta con un foso para asegurar la entrada de luz y ventilación directa. Por otra parte, reubicó el altar mayor desde su posición prevista en la escalera principal hasta el centro del crucero, dejando así el espacio despejado y situando dos escaleras de caracol en los lados. Los primeros planos que Gaudí elaboró para la Sagrada Familia correspondieron a la capilla de San José, construida entre 1884 y 1885, año en el que tuvo lugar la primera misa. La culminación de las labores en la cripta se extendió hasta 1891.
La cripta, ubicada a 10 metros de profundidad desde el nivel de la calle, tiene una forma semicircular y mide 40 metros de longitud por 30 metros de anchura. El deambulatorio alberga siete capillas dedicadas a la Sagrada Familia de Jesús: San José, el Sagrado Corazón, la Inmaculada Concepción, San Joaquín, Santa Ana, la capilla de San Juan Bautista y San Juan Evangelista, y la capilla de Santa Isabel y San Zacarías. Estas capillas están dispuestas en un diseño circular. Frente a ellas se sitúan otras cinco capillas en línea recta: la capilla central, consagrada a la Sagrada Familia y que alberga el altar; flanqueada por las capillas de Nuestra Señora del Carmen, donde Gaudí está enterrado; de Jesucristo; de Nuestra Señora de Montserrat; y del Santo Cristo, donde inicialmente fue sepultado Josep Maria Bocabella hasta que su tumba fue profanada en 1936. Bajo las escaleras de caracol en los laterales se encuentran las sacristías correspondientes.
Las bóvedas de la cripta adoptan un estilo gótico, cada una de ellas —en un total de 22— cuenta con una clave central decorada con anagramas o figuras de ángeles y otros elementos. Destacando la clave central de la bóveda, la cual presenta un relieve policromado que representa la Anunciación, creación de Joan Flotats. Esta bóveda central es la más alta y sobresale en dos metros en el nivel superior sobre el suelo, a la altura del presbiterio, donde ventanales permiten observar la cripta desde arriba y brindan iluminación al espacio inferior. Las bóvedas se apoyan en lunetas que descansan en arcos sostenidos por diez pilares dispuestos en haces de pequeñas columnas.