Secondo la tradizione, nel 1428 Pietro Falco, un soldato rimasto gravemente ferito alle gambe in battaglia, venne miracolosamente guarito dopo un’apparizione della Madonna che lo aveva esortato a immergersi presso la fonte termale della grotta di Monteortone. La Vergine gli aveva ordinato anche di costruire una chiesa a lei dedicata, in cambio della cessazione della pestilenza che flagellava da tempo la regione. Nel punto in cui si era immerso, Pietro Falco avrebbe poi rinvenuto l’immagine lignea raffigurante la Vergine, Gesù Bambino, San Cristoforo e Sant’Antonio Abate, tuttora esposta all’interno della chiesa e ammirata dai pellegrini in visita presso il santuario. Nel luogo della miracolosa guarigione venne poco dopo realizzato un piccolo oratorio e successivamente un convento di frati Agostiniani, custodi della fonte prodigiosa.
L’originario oratorio è oggi inglobato nell’abside della chiesa.
Il primo edificio venne realizzato tra il 1429 e il 1435 ma venne completamente distrutto da un incendio nel 1441. Ricostruita secondo il progetto dell’architetto Pietro Lombardo, la chiesa venne riconsacrata nel 1495. Si tratta di un edificio con pianta a croce latina a tre navate absidate, affiancato dall’antico convento agostiniano oggi riconvertito in albergo termale.
All’interno dell’edificio si possono ammirare molte pregevoli opere d’arte, tra cui gli affreschi raffiguranti la Madonna con Bambino, nella navata sinistra, e l’Assunzione, sulla volta dell’abside centrale, entrambe opera di Jacopo da Montagnana (XV secolo), gli altari delle cappelle laterali, attribuiti a Baldassarre Longhena (XVII secolo), la pala del Cristo crocifisso tra Sant’Agostino e San Girolamo, di Jacopo Palma il Giovane (XVII secolo), e un’acquasantiera in marmo realizzata dallo scultore Giovanni Minello de’ Bardi (XVI secolo).