Η εκκλησία του προστάτη του νησιού είναι η μεγαλύτερη που υπάρχει στη πόλη, βρίσκεται στην παραλιακή οδό της πόλης απέναντι ακριβώς από το λιμάνι. H θεμελίωση του ναού άρχισε το 1925 και ολοκληρώθηκε το 1948. Ο ναός χτίστηκε με σχέδια του αρχιτέκτονα Α. Ορλάνδου και ο ρυθμός του είναι τρίκλιτη βασιλική. Το καμπαναριό παρουσιάζει πολλές ομοιότητες με το καμπαναριό του ναού του Αγίου Μάρκου της Βενετίας.
Το φωτισμένο καμπαναριό τα βράδια δημιουργεί μια μαγική εικόνα. Διπλά στον ναό βρίσκεται το μοναστήρι του Αγ. Διονυσίου με τα κελιά των μοναχών και το μουσείο του ναού. Το κτίριο ανακαινίστηκε το 2000.
Χάρη στην αντισεισμική κατασκευή του, ήταν από τα λίγα κτίρια που δεν κατέρρευσαν από τον καταστρεπτικό σεισμό του 1953. Οι λίγες βλάβες που υπέστη διορθώθηκαν και το 1948 ο ναός ανακαινίσθηκε, για να πάρει την σημερινή του μορφή.
Ο ναός φιλοξενεί το λείψανο του Αγίου Διονυσίου, όπου εκτός των άλλων, αποτελεί σημαντικό πόλο έλξης για αρκετούς επισκέπτες. Το πανηγύρι του Αγίου Διονυσίου γίνεται δύο φορές το χρόνο και διαρκεί τρείς μέρες κάθε φορά.
Στις 24 Αυγούστου τιμάται η μνήμη της Μετακομιδής του Ιερού Σκηνώματος από τα νησιά Στροφάδες στη Ζάκυνθο (1717) και στις 17 Δεκεμβρίου τιμάται η μνήμη της Κοιμήσεως του (1622) .
Οι εορταστικές εκδηλώσεις κορυφώνονται με την περιφορά του ιερού λειψάνου σε όλη την πόλη της Ζακύνθου.
Το σημαντικότερο και πολυτιμότερο έργο τέχνης του ναού είναι η αργυρόγλυπτη λάρνακα που φιλοξενεί το ιερό λείψανο, έργο του Γεωργίου Διαμαντή Μπάφα το οποίο φιλοτεχνήθηκε το 1829. Ξεχωρίζουν οι Δεσποτικές εικόνες στο τέμπλο με ασημένια επένδυση από τον ίδιο καλλιτέχνη (1829) και η αναπαράσταση της λιτανείας που βρίσκεται στον γυναικωνίτη κατασκευασμένο από τον ιερέα Νικόλαο Κουτούζη. Επίσης σπουδαίο έργο αποτελεί το ξυλόγλυπτο τέμπλο που διασώθηκε από τον σεισμό του 1953, το οποίο μαζί με τις θαυμάσιες τοιχογραφίες του Κουτούζη και του Δοξαρά, δίνουν στον ναό μια επιβλητική εικόνα.

Εντυπωσιακό είναι επίσης το ξυλόγλυπτο και χρυσωμένο "δωμάτιο" του Αγίου όπου είναι τοποθετημένο το λείψανο του πολιούχου του νησιού και το οποίο προσελκύει πλήθος προσκυνητών κάθε χρόνο. Οι περισσότερες τοιχογραφίες παρουσιάζουν εικόνες από την ζωή του Αγίου Διονυσίου.