L’impianto architettonico della chiesa orientato ad est è di tipo basilicale con una navata centrale e due laterali terminanti in cappelle emicicliche. Il presbiterio, rialzato di tre gradini e separato da una balaustra marmorea conservata in loco, è coperto da un ciborio lapideo e sormontato da una cupola che si eleva fino a 55 metri di altezza.
Esternamente la cupola è coperta da un alto tiburio in laterizi a vista con tre ordini concentrici di finestre. Il complesso basilicale è anticipato da un imponente quadriportico con archeggiature a tutto sesto che sulla parte sinistra collega la chiesa ad un battistero ad impianto ottagonale con stesso linguaggio architettonico.
Sulla destra, oltre alla casa parrocchiale, negli spazi degli originari matronei ora tamponati trova collocazione la Casa di accoglienza dei pazienti dell’Istituto dei Tumori e dell’ospedale Besta.
I prospetti esterni del complesso architettonico sono caratterizzati dal laterizio a vista che riveste quasi tutta la superficie, scandita dalla presenza di cornici in cemento decorativo, inserti in pietra arenaria e ampie finestre: una apertura termale in facciata principale, oculi vetrati nelle murature longitudinali della navata centrale, aperture rettangolari nelle navate laterali e nella cappella feriale.
Internamente la chiesa è a tre navate e sei campate con archi a tutto sesto che si impostano su cinque colonne per lato in cemento che sorreggono un’ampia muratura in cui oltre agli oculi sommitali si aprivano in mezzeria i matronei.
Le navate laterali terminano con una abside emiciclica che ospita rispettivamente la cappella dell’Adorazione con altare del Sacro Cuore (a sinistra) e la cappella dedicata al Curato d’Ars. Il presbiterio, rialzato di qualche gradino e separato tramite una balaustra marmorea e un cancello in ferro battuto ha una terminazione emiciclica estradossata e conserva al suo centro un ciborio rialzato di ulteriori tre gradini, al di sotto del quale c’è la mensa.
Lo spazio è sovrastato e concluso dall’imponente tamburo circolare che si conclude con una cupola emisferica con lanternino sommitale.
1937 – L’Arcivescovo di Milano, il Cardinale Alfredo Ildefonso Schuster, decise, con il favorevole parere del Capitolo Cattedrale, di celebrare il quarto centenario della nascita di San Carlo Borromeo, fornendo di nuove chiese la periferia di Milano. Tra le altre venne scelta la zona Acquabella-Monforte-Città Studi e si stabilì di costruire la chiesa in fondo a Viale Argonne, prima del cavalcavia della ferrovia (allora di recente costruzione).
1938 – La Basilica Prepositurale dei Santi MM. Nereo e Achilleo venne eretta a cominciare dal 1938 in onore di Papa Pio XI su progetto dell’ Ing. Giovanni Maggi.
1940 – Il 6 dicembre 1940 il cardinale Schuster presiedette alla cerimonia di consacrazione.
1942 – Il 14 agosto 1942, terminata l’esecuzione degli affreschi del Battistero da parte del pittore Pietro Fornari, il cardinale Schuster consacrò l’altare del Battistero, riponendovi le reliquie dei Santi Martiri Ippolito, Adria, Paolina, Neone e Maria, ricevute da Roma.
1943 – Durante la seconda guerra mondiale la chiesa fu colpita da uno spezzone incendiario. I danni furono lievi e limitati alla zona mediana della navata centrale. In forma di ex-voto fu costruita la cappella laterale dedicata alla Madonna di Fatima.
1946 – Si diede incarico al pittore Vanni Rossi di affrescare la nuova cappella con i misteri gaudiosi, dolorosi e gloriosi del S. Rosario e nell’atrio di ingresso di raffigurare alcune scene relative alle apparizioni di Fatima. Lo stesso pittore affrescò cinque anni dopo anche l’abside ed altre parti della Basilica.
1958 – Venne costruita la casa parrocchiale simmetricamente al Battistero, sul lato destro della chiesa.
1964 – In seguito alle disposizioni del Concilio Vaticano II, l’altare maggiore venne significativamente modificato e venne rifatto il ciborio (architetto E. Cavalletti) che venne consacrato da monsignor Anacleto Cazzaniga, arcivescovo di Urbino, domenica 16 maggio 1965, in occasione della Festa Patronale.
1990 – La chiesa fu elevata alla dignità di Basilica Romana Minore, il 17 gennaio.
2006 – In ottobre venne solennemente riaperto il Battistero voluto dal Cardinale Schuster, dopo un accurato intervento conservativo.
2015 – Intervento di manutenzione e restauro conservativo del tiburio, con il rifacimento del manto di copertura, la sostituzione dei serramenti e il restauro delle superfici lapidee.