L’origine della chiesa è legata ad un fatto miracoloso avvenuto il 23 aprile 1518, quando due fantesche, Antilia e Camilla, e un contadino di nome Toto, passando davanti all’affresco raffigurante la Madonna con il Bambino e San Francesco, videro che gli occhi della Vergine si muovevano come fosse viva. L'edificio fu progettato da Antonio da Sangallo il Vecchio tra il 1518 ed il 1534 su volere di papa Leone X. La chiesa ha una pianta a croce greca con cupola centrale e abside semicircolare, sull’opposta facciata della croce, che deve considerarsi la principale, si ha la presenza di due campanili, di cui solo quello a sinistra risulta compiuto. L’interno della chiesa ripete la stessa impressione di solennità architettonica ricevuta all’esterno, lo sfondo è costituito da un grande dossale marmoreo, opera di Giannozzo e Lisandro di Pietro Albertini (1584) con al centro l'affresco miracoloso attribuito al Maestro di Badia a Isola.