El Gran Basamento piramidal de Cholula, que hoy se encuentra cubierto, es el resultado de un sistema constructivo que se basa en la sobreposición de estructuras. Los habitantes de la ciudad aprovechaban las viejas edificaciones para construir nuevas; este sistema permite al arqueólogo observar las distintas etapas de construcción y relacionarlas con una secuencia cronológica. Mediante diversas exploraciones realizadas en sitios arqueológicos, sabemos que fue un método común empleado en Mesoamérica. Cuando las estructuras son de grandes dimensiones, la probabilidad del uso de etapas constructivas es constante.
El Gran Basamento tiene una superficie de 160 000 metros y es considerada la mas grande en vólumen de toda Mesoamérica. Dentro de esta masa se localizan una serie de subestructuras en donde el orden en la construcción a veces no es muy claro ya que se utilizaron adosamientos que aumentaban, prolongaban o transformaban los edificios; en ocasiones sólo se modificaba una esquina incorporando una nueva plataforma o se incrementaba el número de cuerpos sobre una estructura. La edificación más antigua se construyó encima o a un lado de una laguna llamada "ollita".

Mediante una serie de túneles, que son una técnica arqueológica de exploración horizontal, podemos visitar los distintos edificios que se encuentran dentro de la gran piramide; visitar esta serie de túneles que fueron toda una proeza de excavación, equivale a introducirnos al interior del gran edificio y conocer sus diferentes etapas:

I. La primera estructura es de planta casi cuadrada -Marquina la compara con Cuicuilco- con sus lados oriente-poniente de 113 metros y norte-sur de 107 metros. La orientación general es de 17° noroeste, similar a la de la Pirámide del Sol, en Teotihuacan; sus cuerpos son inclinados con amplios descansos, la altura de la escalinata es de 43 metros y en la plataforma superior se encuentra un teocalli de poca altura con muros gruesos. El núcleo está hecho de adobes de barro, mientras que para las escaleras se utilizó piedra y barro. El lado norte y oriente se modificaron agregando plataformas y grandes tableros al estilo teotihuacano. En estos se localiza La Pintura de los Chapulines, una secuencia repetitiva de cabezas descarnadas; los colores utilizados, y que predominan a lo largo del desarrollo de la pintura mural en Cholula son negro, amarillo, azul y rojo. Alfonso Caso los ha interpretado como chapulines al compararlos con elementos de los códices de la región oaxaqueña. Marquina, por su parte, relaciona los motivos, los colores y las formas con los del Templo de Quetzalcoatl en Teotihuacan.

Se piensa que su arquitectura corresponde a la etapa I de Teotihuacan casi con la transición del Formativo; los tableros son análogos con los del Templo de Quetzalcoatl, las proporciones del talud-tablero son las mismas que en Teotihuacan con la diferencia de una pequeña moldura plana.

II. La segunda estructura mantiene su lado norte, sur y oriente bien conservados; esta etapa constructiva se cubrió mediante una serie de plataformas; la primera tiene base cuadrada aproximada de 190 metros de largo y una altura de 34 metros; se compone de nueve cuerpos y la escalinata se extiende por toda la cara omitiendo el uso del talud-tablero. Los canales de desagüe atraviesan las escalinatas desde la base hasta la parte superior, haciendo las veces de alfardas, estos dos elementos de influencia teotihuacana (talud-tablero / alfardas) se omiten en esta etapa realizando una edificación con innovaciones locales. Existen restos de una estructura oblicua a los cuerpos bajos de esta pirámide; se observa también el uso de adobes como núcleo y al menos las escalinatas y desagües tenían un grueso aplanado. El edificio termina en una plataforma de 100 metros por lado, la cual queda ya muy cerca del piso de la iglesia de Nuestra Señora de los Remedios; su dimensión y aplanado ha hecho suponer una similitud con la Piramide de la Luna en Teotihuacan. No se encontró pintura o decoración en esta pirámide.

III. La tercera etapa de construcción consiste en plataformas que sostienen construcciones y basamentos. Se observa una plataforma de 52 metros de norte a sur, limitada con alfardas anchas y sostenida por taludes; la diferencia con Teotihuacan radica en el talud, que es mayor que la moldura que sostiene el tablero. Aquí se encuentran los llamados Nichos Negros (estructura 4A) que mantienen una relación con El Tajín. Se pintaron rectángulos negros delimitados con un perímetro blanco, éstos cubren al menos dos niveles de la estructura; su estado de deterioro es lamentable. Cerca se encuentra un talud con muros decorados con pintura pero tan destruida que no se identifica ninguna forma.

IV. La siguiente etapa cubre totalmente las estructuras anteriores; esta fase es la que observamos hoy como una gran cerro. Para su construcción se necesitó una gran cantidad de adobes; se trata de una plataforma de aproximadamente 400 metros de lado con caras en talud probablemente escalonadas. Se realizaron basamentos menores en los lados y se encontró otra estructura, al parecer circular, que no se ha podido relacionar con los edificios anteriores, quizá pertenece a un periodo de transición.

V. En la plataforma correspondiente a la altura del primer basamento, se hallaron una serie de cuartos agrupado alrededor del patio y se encontró, del lado de la carratera sobre una plataforma, un pequeño teocalli que resultó ser una tumba. El Patio de los Altares es el resultado de diversos adosamiento de por lo menos seis etapa, donde se edificaron nuevas construcciones. Lo que hoy vemos es la última etapa, en donde el patio llegó a levantarse varios metros sobre la plataforma inicial.

Sobre los tableros de las construcciones se observa una decoración de pintura mural con franjas de color negro, rojo y azul ,donde cruzan estrellas de cinco o cuatro picos; este motivo permaneció al menos por cuatro etapas. En este mismo conjunto, pero de un periodo más antiguo, se ubica el Mural de los Bebedores, una representación naturalista de una ceremonia donde en grandes vasijas se ingiere el octli; se presentan varios personajes brindando entre sí, sentados en parejas; un sirviente al lado vacia el octli dentro de las tinajas. La escena parece ser la representación mas antigua de esta actividad y se ha fechado en el 200 después de Cristo. Según Carmen Solanes la estructura que lo cubrió se construyó 150 después.

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