Edificio particolarmente moderno e innovativo, fu progettato da Giovanni Battagio, allievo di Bramante, e realizzato nel decennio tra il 1490 e il 1500. E’ dedicato alla Madonna in seguito alla drammatica vicenda che coinvolse Caterina degli Uberti e il marito Bartolomeo Pederbelli, detto il Contaglio: quest’ultimo la condusse tra gli alberi di un bosco non distante dalla città con l’intento di assassinarla. A tale scopo la colpì più volte con la spada (attualmente custodita nel santuario) alla testa, alla schiena e alle braccia, al punto da causarle l’amputazione di parte del braccio destro, nonché numerose emorragie. Invocata dall’agonizzante Caterina, la Madonna apparve e bloccò la fuoriuscita del sangue dalle ferite; il suo intervento la salvò momentaneamente, dato che la giovane morì il giorno seguente dopo aver ricevuto i sacramenti dal prete della parrocchia di San Benedetto. Il luogo del delitto è visibile dalla croce in legno che vi fu apposta, simbolo dei miracoli e delle apparizioni che si susseguirono nei secoli. Il santuario custodisce al suo interno opere artistiche di grande pregio, tra cui la tela dell' Assunzione di Benedetto Rusconi (detto il Diana), L’Adorazione dei Pastori di Antonio Campi, la Salita al calvario di Carlo Urbino, le opere del Parravicino La gloria di Caterina, Il trionfo della croce, Le storie di Mosé; e ancora, i busti dedicati ai santi Ambrogio, Agostino, Gerolamo e Gregorio Magno; le statue di Caterina e della Madonna, unite tra loro da un angelo che porge la spada del Contaglio.