In questo luogo, nella domenica di Pasqua del 1484, un’immagine della Madonna col Bambino, dipinta sulla parete di una vasca adibita alla concia del cuoio e detta calcinaio per la calce viva usata a questo scopo, iniziò ad operare miracoli. Quell’immagine sacra è oggi visibile nell’altare maggiore, posizionato molto probabilmente sul luogo dell’antico tabernacolo. In seguito alla crescita di devozione fu eretto un “sacro tempio”, in un luogo che poneva molte difficoltà per la costruzione, dovute sia alla posizione scoscesa del terreno che alla presenza di un ruscello. L’incarico fu affidato all’architetto fra i più grandi del Rinascimento, Francesco di Giorgio Martini che redasse il progetto già nello stesso 1484, applicando rigorosamente i principi architettonici della proporzione e della prospettiva cari all'architettura rinascimentale. Gli ultimi interventi procedettero più lentamente, tanto che il portale principale fu terminato nel 1543 e al 1549 risale l’esecuzione del pavimento. La struttura della chiesa consiste in una navata affiancata da due cappelle laterali con un transetto e una cupola all'intersezione dei bracci uguali del presbiterio. Gli esterni, seppur gravemente danneggiati per l'erosione della pietra serena, danno l'impressione di un blocco imponente che preannuncia con le sue sobrie decorazioni la razionalità geometrica così evidente negli interni; le ampie superfici sono divise in linee orizzontali e verticali da modanature e pilastri e sono movimentate da finestre con timpani. Tutti i dipinti che si trovano nelle cappelle sono ispirate dall'iconografia mariana. I due altari in crociera provengono dall’antica chiesa di S.Vincenzo; furono collocati qui nel 1788 insieme alla tela di S.Vincenzo martire del sec. XVII. Una bella vetrata di Guillaume de Marcillat (1516) decora l'oculo della controfacciata.
