La basílica del Sant Sepulcre de Palera va ser aixecada segons la tipologia arquitectònica habitual del segle XI, tot i que destaca una simplicitat i nuesa poc comunes.
El temple te una planta basilical, amb una nau central i dues naus laterals, sense cap transsepte que trenqui la continuïtat de les naus. La separació de la nau central amb les laterals es fa mitjançant quatre pilars, dos per banda, que marquen els trams d’acostament a l’altar. L’orientació és l’habitual d’est a oest, amb l’absis a la sortida del sol i la porta d’entrada al crepuscle, símbol de transició de la mort a la vida eterna representada per la llum que penetra per l’absis. A la façana nord ens trobem amb una porta cega que donava al monestir monacal. Al sud trobem l’entrada a la zona del claustre, poc estudiat encara però se sap que la part més meridional és la que albergava les dependències dels monjos i que sembla una construcció contemporània a l’època de la basílica. El Sant Sepulcre encara conserva el campanar d’espadanya de dos ulls original, ja que no va ser reformat al llarg dels segles, tal i com succeeix sovint. És més, si s’observen els carreus amb atenció encara es poden veure les marques dels picapedrers que hi van treballar.
Un dels aspectes més rellevants d’aquesta església té a veure amb allò que s’ha perdut. Al segle XII es va construir un nàrtex o galilea, una mena de vestíbul adossat a la porta d’entrada de ponent que també estava dividit en una part central i dues laterals, resseguint la línia de les naus, amb un teulat de dos vessants. Aquest nàrtex servia per acollir als penitents o als catecúmens durant el servei religiós, és a dir aquells que per alguna raó encara no formaven part de la comunitat de fidels. Després de set-cents anys d’existència va ser enderrocat l’any 1962 per ordre del bisbat del moment, en una restauració molt polèmica i controvertida. Avui en dia encara es poden les marques d’aquest nàrtex sobre la façana de l’entrada i existeixen nombroses fotografies on es pot admirar com era.
Al Museu d’Art de Girona s’hi conserven des de 1979 cinc lipsanoteques molt senzilles de fusta que es van trobar al temple. Les lipsanoteques eren petits contenidors de relíquies i pergamins ubicats al reconditori de l’altar. En tots els casos els pergamins estan molt malmesos i no es poden llegir, però segurament deuen fer referència a les relíquies i al seu suposat lloc de procedència.