Il 7 settembre 1592, nei pressi di un capitello con l’immagine della Vergine allattante, con S. Rocco e S. Valentino, ci fu l’apparizione della Madonna a una popolana che chiedeva si adoperasse perché in quel posto venisse edificata e dedicata una chiesa.

Il santuario fu inaugurato il 1° maggio 1603, esempio di straordinaria bellezza di barocco veneto a pianta ottagonale, che, oltre ad essere il più antico santuario mariano della diocesi, conquistò una fama notevole con affollati pellegrinaggi di fedeli che provenivano anche da luoghi molto lontani.

Al servizio del santuario furono costruite le case dei cinque cappellani officianti (attuale palazzo Cecchini), un ricovero per nobili o luogo pio (attuale municipio), un altro ricovero per poveri (ospedal, attuale case Ater), ma anche stalle per cavalli e osteria. 

Dal 1714 al 1806 il tempio fu officiato dai padri domenicani dell’adiacente convento.

Il tempio è ornato da stucchi, bassorilievi, statue, tele, affreschi, con gioco di luci e colori che danno la misura dello splendore e della ricchezza nel culto.

Il soffitto è stato intagliato dalla bottega di Girolamo Venturini di Motta (1640), dorato e dipinto da Cataldo Ferrara di Portogruaro (1656-58), sugli ovati si trovano otto tele di Sibille e profeti di Antonio Carneo; al di sotto le statue in stucco di Evangelisti, dottori della chiesa, separati da putti-cariatide di Andrea dell’Aquila. Nel tamburo sono presenti sedici storie della vita della Vergine realizzate da Baldassar d’Anna, Giuseppe Moretto e parte anche da altro pittore anonimo veneziano.

Nel centro del presbiterio troneggia dal 1688 l’altare maggiore in marmo bianco di Carrara, con angeli e scena dell’apparizione, di Giovanni Grassi con la collaborazione di Giovanni Comin. L’icona della Madonna col bambino è attribuita al Bellunello o ambito bellunelliano (1480?); nel 1992 è stata inserita la tela delle Nozze di Cana di Glauco Benito Tiozzo. Gli scomparti della volta sono di Filippo Zaniberti (Vergine allattante un infermo, Apparizione della Vergine a monaco pittore di icone, Fondazione miracolosa della basilica di S.Maria maggiore, Intervento miracoloso della Vergine durante la battaglia). 

I lunettoni delle pareti con Nascita della Vergine e Assunzione di Maria sono di Baldassar d’Anna; mentre sulle due sovrapporte ci sono l’Adorazione dei pastori e l’Adorazione dei magi ascrivibili a Giacomo Apollonio (?).

Le cappelle laterali, prima dedicate a S. Valentino e S. Rocco, dal 1722 sono state ridedicate dai padri domenicani al S. Rosario e a S. Domenico. Le precedenti pale sono ora conservate nel coro (S. Valentino) e nella vecchia parrocchiale (S. Rocco), ambedue opera di Baldassar d’Anna.

A maestranza friulana sono imputabili gli stalli del coro a due ordini, alle pareti tele dei santi domenicani, provenienti da Venezia.

Interessante la cantoria, rifatta e riposizionata nel 1746-47 alla porta maggiore dalla porta di sinistra , con un nuovo organo attribuito a Pietro Nacchini. Nella cantoria sono state ricollocate le cinque opere di Baldassar d’Anna che rappresentano il Capitello della Madonna, Traslazione dell’affresco della Vergine dal capitello al Santuario, Martirio di S.Caterina d’Alessandria (1612 circa) e quattro ex-voto.

In sagrestia è conservata la tela “Ex-voto dei bresciani” (1630), una tela di S. Vincenzo Ferreri (attribuzione a Nicolò Bambini) e tre tele di sante domenicane attribuibili a Giuseppe Buzzi.

Nel 1923 furono rifuse le campane del campanile, asportate dagli austro-ungarici nell’invasione del 1917.