De style romano-byzantin, l’église Saint-Michel, réalisée par l'architecte Alfred Coisel entre 1869 à 1874. est inspirée des grandes basiliques romanes. Elle est construite en pierre calcaire pour le clocher-porche, la flèche et les parements, avec un remplissage en brique.

Elle comporte trois vaisseaux, la nef centrale ayant deux niveaux et les bas-côtés un. Les ouvertures divisées par un meneau sont surmontées d’un oculus. Le chœur est encadré par deux sacristies et décoré de peintures murales, réalisées par Alphonse Colas, représentant les 12 apôtres. Dix-huit stalles y sont installées. La nef est supportée par des arcades en plein cintre et douze colonnes monolithes en pierre de Tournai à chapiteaux corinthiens.

Le grand orgue a été construit en 1898 par Joseph Merklin. Modifié depuis, il comporte aujourd'hui trois claviers et un pédalier, et compte 2700 tuyaux. Son esthétique actuelle le rapproche de l'orgue d'Olivier Messiaen à l'Église de la Sainte-Trinité de Paris, accentuant ainsi la ressemblance entre les deux églises.

L'église, propriété de la ville de Lille, a été restaurée en 2019.

L'église Saint-Michel et le Sacré-Cœur font partie de la paroisse Notre-Dame-de-Pentecôte.