La chiesa fu ricostruita tra il 1913 e il 1942 su progetto dell'architetto Napoleone Pagliarulo.
Sorge su una precedente chiesa degli inizi del XVII secolo, a sua volta sorta sulle rovine di un'antica cappella del XIV secolo.
Al suo interno è custodito un affresco bizantino dell'XI-XII secolo raffigurante la Vergine col Bambino. L'esistenza della cappella viene documentata già nel 1452 in riferimento ad una visita pastorale da parte di monsignor Ludovico De Pennis, vescovo di Nardò.
Tuttavia l'immagine si trova riprodotta in diverse aree della zona in affreschi datati tra il 1435 e il 1445.
C'è motivo di ritenere, quindi, che fosse già conosciuta all'inizio del secolo.
La semplice cappella seguì il variare degli stili architettonici, venendo arricchita di archi e pilastri durante il XVII secolo.
Nel medesimo periodo l'immagine della Madonna venne coperta da un'ogiva in carparo che ne cancellò praticamente l'esistenza per almeno tre secoli e mezzo.
Nel XIX secolo si provvide a riprodurre il portale, sul disegno di quello originario.
Nonostante la devozione e le cure ricevute, la cappella subì un forte degrado e venne abbattuta nei primi giorni del mese di aprile del 1912, perché diroccata e pericolante.
Fu in quell'occasione che al popolo ed ai fedeli parabitani si presentò nuovamente il monolito con la vergine ed il bambino, in tutta la sua interezza.
La vecchia cappella seicentesca fu sostituita da una nuova chiesa realizzata su disegno dell'architetto parabitano Napoleone Pagliarulo.
Il santuario sorto a pochi metri dalla precedente piccola fabbrica fu solennemente inaugurato il 21 dicembre 1922, poco più di nove anni e mezzo dopo la posa della prima pietra avvenuta il 4 maggio del 1913.
Lungo le navate laterali affreschi del pittore Mario Prayer illustrano la vita della Madonna.
Negli anni settanta furono realizzati, con straordinaria maestria, i bracci laterali (per le due cappelle del Santissimo Sacramento e del Sacro Cuore) dall'Impresa "Gaetano Leopizzi" di Parabita, alla quale si deve anche la realizzazione del campanile.
Il santuario fu innalzato a basilica minore il 1º settembre 1999 da Giovanni Paolo II.