À l’occasion du Pèlerinage du Rosaire à Prouilhe, le 8 octobre 1885, un dominicain exprime le vœu de voir s’élever une magnifique église en l’honneur de N-D du Rosaire sur la crypte déjà existante. Mgr Billard approuve et une souscription est ouverte. Les Dominicains de Toulouse chargent M. Charles Saint-Père et son fils, de transformer la chapelle en église. Suivant la mode du temps et s'inspirant des plans du Sacré Cœur de Montmartre et de Notre Dame de la Garde à Marseille, le style choisi est un mélange de roman et de byzantin, et le matériau le granit. Le 22 juillet 1886, la première pierre est posée et bénie par Mgr. Billard en présence de 3000 personnes au moins, mais les travaux seront interrompus de 1888 à 1890 (malfaçons, financement insuffisant…).

En avril I887, le Père Larroca, Maître de l’Ordre des Prêcheurs, exhorte l’Ordre à concourir efficacement à une entreprise chère à la famille dominicaine : le Rosaire. Le pape Léon XIII l’encourage à son tour par un bref adressé à Mgr Billard le 29 janvier 1889 et par une offrande personnelle de dix mille francs. Les Associés du Rosaire répondent généreusement à ces appels et, suivant leurs moyens, contribuent à l’érection de l’église du Vœu du Rosaire à Prouilhe.

Le 15 avril 1890, les travaux reprennent. Un élève de M. Saint-Père, M. Florent s'installe à Castelnaudary avec sa famille et propose un plan "plus modeste et plus réalisable que les précédents avec un devis clair et précis".

1890 - 1893 : des travaux considérables sont entrepris : nappe d'eau sous toute l'église à  - 10 m ; le gros œuvre est commencé : le chœur des sœurs, les sanctuaires, et la nef ; une maquette en plâtre est réalisée par M. Malacan. Elle obtient la Médaille d'or de première classe en 1901 à l'exposition universelle de Paris et le grand prix d'honneur à l’Exposition de Narbonne.

Les lois de 1901contre les congrégations religieuses arrêtent à nouveau les travaux.

1914 : Les travaux sont interrompus en raison de la guerre.

1926 : Une toiture provisoire est posée pour protéger des intempéries ou du soleil.

1968 : Après l’hiver 1967 trop rigoureux, des travaux d’isolation du lieu des célébrations liturgiques de la communauté s’avèrent indispensables. Le père Rzewusky, aumônier du monastère, fait appel à Pierre Vago, architecte qui venait de réaliser la basilique souterraine Saint-Pie X à Lourdes. Réalisés en béton, très en vogue à ce moment-là, ces aménagements sont aujourd’hui à reprendre.

1986 - 1987 : Une souscription permet de refaire la toiture et les zingueries.

1990 : L'incendie du monastère empêche de continuer les réaménagements et l’entretien de la basilique.

2000 : Un premier projet est élaboré pour réhabiliter le chœur des sœurs. La conjoncture économique freine sa réalisation et le projet est mis en attente.

2006-2007: La communauté de Prouilhe engage les services d’un de leurs frères dominicains, fr. Francisco Coello de Portugal OP (Province d’Espagne) comme architecte.  Il s’agit de reprendre l’aménagement complet de l’ensemble de la basilique restée inachevée, de la crypte jusqu’à la coupole. Ainsi sera rendu espace, lumière, hauteur et dignité au chœur des sœurs ; ainsi visiteurs et pèlerins pourront être accueillis dans un lieu qui alliera  recueillement, beauté et fonctionnalité.

Ainsi, la basilique trouvera sa pleine vocation cultuelle (prière, prédication, liturgie…) et s’ouvrira à un potentiel culturel pour la région et les visiteurs.