La chiesa ha una pianta a croce greca con bracci absidati. Nel braccio di sinistra è collocato il fonte battesimale, in quello di destra il tabernacolo con il Santissimo sacramento. I bracci convergono in un tiburio poligonale sul quale si erge un'ampia cupola a sesto ribassato.
La facciata presenta nella parte inferiore un colonnato ad emiciclo, costituito da conci squadrati in tufo e intramezzato da una balconata che corrisponde ai locali del primo piano dell'edificio. Gli altri prospetti, molto simili tra loro, presentano portici, finestrature regolari e diversi ingressi indipendenti; anch'essi sono realizzati con conci squadrati di tufo. Ai lati dell'edificio si ergono quattro bastioni laterali che ospitano prevalentemente uffici, locali per la pastorale, sacrestia e spazi accessori alla sala liturgica.
Nel complesso l'edificio consta di più piani che compongono un sistema edilizio complesso, ma sostanzialmente simmetrico.
La chiesa ha una pianta a croce greca con bracci absidati. Nel braccio di sinistra è collocato il fonte battesimale, in quello di destra il tabernacolo con il Santissimo sacramento. I bracci convergono in un tiburio poligonale sul quale si erge un'ampia cupola a sesto ribassato. La facciata presenta nella parte inferiore un colonnato ad emiciclo, costituito da conci squadrati in tufo e intramezzato da una balconata che corrisponde ai locali del primo piano dell'edificio. Gli altri prospetti, molto simili tra loro, presentano portici, finestrature regolari e diversi ingressi indipendenti; anch'essi sono realizzati con conci squadrati di tufo. Ai lati dell'edificio si ergono quattro bastioni laterali che ospitano prevalentemente uffici, locali per la pastorale, sacrestia e spazi accessori alla sala liturgica. Nel complesso l'edificio consta di più piani che compongono un sistema edilizio complesso, ma sostanzialmente simmetrico.
L'attuale edificio è il quinto destinato a Cattedrale della ex Diocesi di Aquino. Il precedente edificio fu raso al suolo dai bombardamenti della Seconda Guerra mondiale. I lavori iniziarono nel 1955 e si protrassero fino al 1959.
La Cattedrale fu consacrata il 19 ottobre del 1963. Al titolo di San Costanzo Vescovo fu unito quello di San Tommaso d'Aquino.
Con rescritto del 17 gennaio 1974 la Cattedrale venne elevata a Basilica Minore, e furono realizzate le opere d'arte e l'adeguamento liturgico, secondo le norme del Concilio Vaticano II. Nello stesso anno fu visitata da Papa Paolo VI.
Nel 1986 le Diocesi di Sora, Aquino e Pontecorvo, già unite "aeque principaliter" il 27 giugno 1818, furono unificate il 30 settembre 1986 con la denominazione di Diocesi di Sora Aquino Pontecorvo. In seguito alla nuova configurazione della Diocesi la Chiesa di S. Costanzo Vescovo e San Tommaso d'Aquino assunse il titolo di concattedrale.
Con lavori che si sono protratti dal 2018 al 2021 è stata consolidata e restaurata la copertura con contributo 8x1000 CEI.
