No poder colocar las estatuas fue una gran decepción para Gaudí, sumada a otras frustraciones anteriores. Corría el año 1910 y, cansado de servir a la burguesía, decidió abandonar todas sus obras por la realización de una sola, una que había comenzado el año 1883: la catedral de la Sagrada Familia, conocida en aquel entonces como “la catedral de los pobres” porque se estaba realizando gracias a donaciones y limosnas. Su padre y su sobrina ya habían muerto, hecho este último que le empujó a dedicarse en cuerpo y alma a la realización de la catedral, retirándose del mundo y viviendo allí mismo, en una casa prefabricada a pie de obra. También renunció a sus honorarios, utilizando todo el dinero que llegaba procedente de las limosnas en materiales y en pagar a los obreros. Con ello no sólo intentaba que sus proyectos llegaran a buen puerto, sino que, como hombre muy religioso que era, creía estar trabajando para mayor gloria de Dios.
Los planos originales no eran suyos, sino del arquitecto diocesano Francisco de Paula del Villar, pero éste dimitió tras una disputa con el promotor de la obra, el librero José María Bocabella, quien pertenecía a la congregación que pretendía fomentar la devoción a la Sagrada Familia como alternativa a las ideologías socialistas y anarquistas. Martorell, el protector de Gaudí, le recomendó, y en el año 1883 se hizo cargo de las obras. Tuvo que respetar el estilo neogótico del anterior arquitecto, ya que los cimientos y la cripta del templo ya estaban realizados; sin embargo, pronto introdujo modificaciones radicales. Gaudí concibió la catedral como un edificio grandioso y absolutamente original, conservando del antiguo proyecto sólo la planta de cruz latina y las cinco naves con tres fachadas. El arquitecto catalán añadió multitud de torres cargadas de contenido simbólico: cada fachada tendría cuatro torres por los doce apóstoles; la gran torre del cimborrio simbolizaría a Cristo, rodeado por los cuatro campanarios de los evangelistas; en la cabecera del templo se levantaría la última torre, dedicada a la Virgen.
Los trabajos progresaron con lentitud, algo que no importaba demasiado al arquitecto. Él pensaba que, al igual que las iglesias de antaño, ésta tenía que ser obra de varias generaciones, y cada una tendría que aportar sus propias ideas. A Gaudí sólo le dio tiempo de terminar una de las fachadas del crucero, la del Este, dedicada al Nacimiento de Cristo. El 7 de junio de 1926 le atropelló un tranvía cuando cruzaba la Gran Vía de Barcelona. No llevaba encima ningún papel que lo identificara, y su aspecto era tan sencillo que los que le recogieron pensaron que se trataba de un mendigo, por lo que lo llevaron a un hospital de la beneficencia. Allí le identificó un amigo y allí murió, dos días después, a los 74 años.
