V roce 1784 byl velehradský klášter zrušen Josefem II. Klášterní majetek byl rozchvácen, areál kláštera střídal majitele a klášterní kostel se stal kostelem farním. Obnovy a rozvoje se dočkal kostel v souvislosti se sílícím cyrilometodějským kultem a příchodem jezuitů na Velehrad v roce 1890. Jezuité zřídili v objektu kláštera řádové gymnázium, které bylo později nacisty a po té komunisty zrušeno. V období komunismu byl do areálu přestěhován Ústav sociální péče. V roce 1990 se na Velehrad vrátili Jezuité a v roce 2004 bylo obnoveno gymnázium, které nese jméno arcibiskupa A. C. Stojana.
Z vnitřní výzdoby by neměla uniknout naší pozornosti velkoryse řešená klenba s malbami, které opticky zvedají strop o dvě patra. Autorem fresek v hlavní a příčné lodi je Ignác Egstein. Uprostřed vidíme nebe s Nejsvětější Trojicí a Matkou Boží. Blíž k presbytáři je zachycena událost, která se odehrála v roce 1421 na stupních oltáře – upálení sedmi cisterciáků včetně opata Jana husitskými vojáky a zkáza kláštera. Na opačné straně vidíme křest krále Svatopluka, který pozval věrozvěsty na Moravu.
V závěru baziliky je vybudován mohutný kůr, který nese bohatě zdobené, rozměrné varhany. Ty mají 3 manuály, 60 rejstříků a 5521 píšťal. Zatímco mechanika pochází ze 20. století, řezby jsou barokní. Vrcholem figurální výzdoby prospektu varhan je scéna Zvěstování. Mezi křídly varhan je prolomeno okno s vitráží představující Pannu Marii jako Královnu nebes, před níž klečí sv. Cyril a Metoděj.
Bohatě jsou zdobeny rovněž boční kaple, kde malířskou výzdobu doplňují sochy a štukový dekor. Zvláštní pozornost si zasluhují kaple sv. Cyrila a Metoděje s legendárními výjevy z jejich života a kaple sv. Floriána, kde je umístěn obraz soluňských bratří od polského malíře Matejky. Obraz byl věnován bazilice polskými poutníky v rámci 1000. výročí úmrtí sv. Metoděje v roce 1885.
Mezi kaple sv. Cyrila a sv. Máří Magdalény byla vsazena kazatelna. Je přisuzována italské řezbářské dílně Baltassara Fontany, který vybudoval v bazilice také zděné oltáře se sochami. Na stříšce kazatelny je alegorická postava církve s atributy božských ctností – s křížem (víra), kotvou (naděje) a kalichem (láska).
Skutečný skvost barokního řezbářství představují chórové lavice, které kryjí dvě a dvě postranní kaple. Ornamentika řezeb (bylo použito 3 druhů dřeva) čerpá inspiraci z domácího prostředí. Figurální výzdoba představuje apoštoly, anděly a světce z cisterciácké a benediktinské řeholní rodiny. Kompozicím, jež tvoří vzájemný protiklad, vévodí Kristus a Panna Maria.
V tzv. transeptu, neboli křížení lodí je možné pohlédnout do klenby barokní kupole, kde je vidět malba dokumentující založení kláštera. Výška klenby zde dosahuje 25 metrů. V pendativech – tak se říká trojúhelníkům v rozích křížení lodí – jsou působivé malby čtyř západních církevních otců. Jsou to sv. Augustin, sv. Ambrož, sv. Jeroným a sv. Řehoř Veliký. Do středu transeptu byl v roce 1985 (k výročí úmrtí sv. Metoděje) situován nový oltář od akad. sochaře Otmara Olivy. Před původní románskou apsidou je vystavěno mohutné štukové retabulum od Baldasarre Fontany. Do něj je vsazen obraz od Ignáce Raaba SJ ze 70. let 18. století s tématem Nanebevzetí Panny Marie.
Původní oltář, na kterém je nyní umístěn svatostánek, pochází z roku 1864. Nechal jej na vlastní náklady pořídit olomoucký arcibiskup, kardinál Bedřich Fürstenberk v rámci miléniových oslav příchodu sv. Cyrila a Metoděje na Moravu v roce 1863. Oltář je z kararského mramoru v neorománském slohu. Ústřední výjev v čele oltáře zachycuje loučení sv. Metoděje s Moravany krátce před smrtí. Na pravé (epištolní) straně papež Hadrián II. schvaluje věrozvěstům slovanskou liturgii a udílí arcibiskupské paladium sv. Metoději. Na levé (evangelijní) straně se sv. Metoděj loučí s umírajícím Cyrilem.
Po stranách presbytáře jsou dvě sousoší od kroměřížského sochaře Ferdinanda Neumanna. Na pravé straně jsou to spolupatroni Evropy svatí Cyril a Metoděj, vlevo knížata apoštolská svatí Petr a Pavel.
V křížové lodi vytvořili cisterciáci kaple svým řádovým patronům sv. Benediktovi a sv. Bernardovi. Dominantní jsou zde velká štuková retabula, do nichž jsou vsazeny působivé obrazy Smrt sv. Benedikta a Vidění sv. Bernarda od M. L. Willmana. Nástěnné malby zachycují výjevy z jejich života.
Za oltářem kaple sv. Benedikta je ukryta Královské kaple. V roce 1923 v ní byl pohřben olomoucký arcibiskup Antonín Cyril Stojan, mimořádná postava moravské církve konce devatenáctého a první čtvrtiny dvacátého století. Byl zahájen proces jeho beatifikace.
Při návštěvě baziliky není možné minout ani kapli Panny Marie, Matky jednoty křesťanů. Nad oltářem se nachází obraz Panny Marie s Ježíškem od Emanuela Dítě z roku 1919. Je malován podle vzoru byzantské ikony z římské baziliky Panny Marie Větší. U vchodu do kaple najdeme křtitelnici, kterou do baziliky věnovali v roce 1885 olomoučtí bohoslovci.
Před zadními východy z baziliky vlevo od hlavního oltáře se nachází oltář Nejsvětějšího Srdce Ježíšova a vpravo oltář sv. Ignáce z Loyoly, zakladatele řádu Tovaryšstva Ježíšova. Těmito vchody můžeme projít a zvenku shlédnout monumentální románský závěr baziliky. V blízkosti najdeme i vstup do lapidária a podzemí baziliky, kde můžeme spatřit fragmenty původního románsko-gotického chrámu.
Původní románsko-gotická bazilikální stavba byla budována podle stavebních tradic cisterciáků, které charakterizovala krása prostých linií a střídmá výzdoba. Devadesát devět metrů dlouhá stavba byla rozvržena na půdorysu latinského kříže. Východní stranu uzavírala pětice apsid. V této podobě se kostel do dnešních časů nedochoval v důsledku tragických událostí, jež v průběhu dějin cisterciácký klášter postihly. V roce 1421 vypálili velehradské opatství moravští husité z Nedakonic. Klášter 150 let chátral. Nesnadného úkolu obnovy se ujal až opat Ekard ze Schwöben ve druhé polovině 16. století. Středověkou podobu však kostel ztratil až v důsledku obrovského požáru, který v klášteře vypukl v roce 1681. V důsledku této pohromy byl kostel radikálně přestavěn. Stavba byla zkrácena o chrámové průčelí s románským ústupkovitým portálem a nahrazena novým, jemuž dominují dvě věže. Boční lodě baziliky byly přezděny příčkami s pilastry, a tak vzniklo 14 samostatných postranních kaplí, z nichž 10 má oltáře a pod podlahou krypty. Z křížení lodí byla snesena 100 metrů vysoká renesanční věž a byla nahrazena kupolí s nízkou věží zvanou lucerna. Nyní je tedy bazilika dlouhá 86 m. Přes radikální zásahy si kostel uchoval ve svých proporcích a půdorysném schématu charakter románsko-gotické stavby.