Espressione del manierismo di Giorgio Vasari e Bernardo Buontalenti, la chiesa ha origini che risalgono a un affresco legato ad eventi prodigiosi del XVI secolo, raffigurante la Madonna col Bambino e attribuito a Paolo Schiavo o a un giovane Masaccio. Fu edificata grazie alla devozione popolare e alla munificenza della famiglia Naldi.
Progettati dal pittore Domenico Cresti altrimenti conosciuto come il "Passignano", gli interni presentano un'architettura raffinata che si distingue per la sua eleganza e il suo equilibrio. La chiesa è a pianta a croce latina, con la navata principale coperta da capriate e le cappelle laterali a volta a crociera, che formano il transetto. Al centro dell'altare si trova l'ossequiato affresco della Madonna col Bambino, purtroppo danneggiato durante lo stacco dalla sua posizione originale. L'altare di sinistra invece presenta una Crocifissione tra i santi Girolamo e Francesco, opera di Cosimo Gamberucci del 1609.
Oggi, il Santuario continua a essere un luogo di culto attivo, mantenuto dalla "Compagnia dei bifolchi", che ne preserva la struttura e le tradizioni secolari.
