La chiesa Inferiore della Basilica, la cui costruzione venne avviata nel 1228, era già completata nel 1230, quando vi fu solennemente traslata la salma del santo. Tradizionalmente il progetto è attribuito a frate Elia, a Lapo o Jacopo Tedesco, a fra Giovanni della Penna o fra Filippo da Campello.

La navata centrale richiama lo stile romanico e si presenta come una galleria formata dalle potenti costolature degli archi. L'altare maggiore è sovrastato dalla volta a crociera, opera di Giotto e della sua bottega (1315 c.ca), che costituisce uno dei tesori artistici più noti dell'intera Basilica. Le sue quattro vele raffigurano i tre voti religiosi della Povertà, Castità ed Obbedienza ed una rappresentazione di san Francesco glorioso, in abito diaconale.

Oltre a Giotto, autore anche degli affreschi della Cappella della Maddalena, la chiesa inferiore è decorata da affreschi del Cimabue, del Lorenzetti, del Sermei e dell'artista anonimo umbro detto il "Maestro di san Francesco".