El ábside es la sección más prominente del templo, ubicada entre las fachadas del Nacimiento y la Pasión. En su entorno central de claustro se erige la capilla de la Asunción, flanqueada por dos sacristías, una de las cuales ya está completada. Gaudí dedicó este ábside a la Virgen María, a quien admiraba profundamente. El diseño engloba siete capillas absidiales, honrando los siete dolores y gozos de San José, en conformidad con los deseos de Bocabella, el fundador. Las capillas están separadas en el exterior por ocho contrafuertes que se elevan hasta los 50 metros, con agujas. Cada capilla resalta con tres vitrales en la parte superior, enmarcados por contrafuertes de menor altura. Inspirado en el gótico, su estructura sigue la disposición de la cripta que yace bajo ella. La construcción se desarrolló entre 1890 y 1893, si bien las bóvedas de las capillas y el deambulatorio se completaron en los primeros años del siglo XXI.

El ábside se embellece con una rica decoración escultórica, enalteciendo estatuas que rinden homenaje a los fundadores de órdenes religiosas. A lo largo de los contrafuertes, desde el Nacimiento hasta la Pasión, figuran figuras como santa Clara, san Bruno, san Bernardo de Claraval, san Benito de Nursia, santa Escolástica y san Antonio Abad. En los vitrales de la fachada del transepto, aparecen san Francisco de Asís y santa Teresa de Jesús, representando el Nacimiento y la Pasión, respectivamente. También se avistan los anagramas de Jesús, la Virgen y san José, cada uno impregnado de simbolismo. Los pináculos de los contrafuertes culminan con esculturas de espigas y capullos de plantas autóctonas, previamente parte del paisaje rural, presentados como ofrenda floral a la Virgen. Además, en la parte superior de los contrafuertes, sobresalen gárgolas con formas animales como serpientes, camaleones, caracoles, lagartos, lagartijas, ranas y salamandras, creaciones de Llorenç Matamala. En el interior del ábside, 56 esculturas de ángeles en ménsulas, repartidas entre las siete capillas, son obra de Jaume Cases.

Las barandas elevadas de las capillas del ábside están adornadas con motivos florales extraídos de la antífona del Pequeño Oficio de la Bienaventurada Virgen María, como cedros, palmas, cipreses, cinamomos, rosas, olivos y bálsamos. También, los remates de los frontones del ábside ostentan una decoración escultórica que simboliza los frutos de la Virgen María, como escaramujos, cinamomos, dátiles, olivas y uvas. Las linternas de las capillas exhiben los símbolos de las antífonas correspondientes a la última semana de Adviento, conocidas como las "antífonas de la O".