Le origini del santuario sono legate alla presenza di una santella d'epoca imprecisata posta lungo la strada per Cremona, sulla quale era dipinta un'immagine molto venerata della Beata Vergine in adorazione del Bambino. L'intensa devozione favorì l'accumulo di elemosine con le quali il parroco di Grontardo ed i fedeli poterono costruire un piccolo oratorio, che nel 1613 risultava essere stato eretto di recente (visita Brivio, 1613). Questa prima chiesa ereditò la devozione sorta attorno alla santella, che si espresse nei numerosi ex-voto appesi alla navata e nelle immagini di santi dipinte sulle pareti interne ed esterne dell'edificio. La maggiore devozione era però tributata alla Vergine, la cui immagine era conservata all'interno della chiesa; essendo però essa tradizionalmente venerata pure dai viandanti che percorrevano la via Persico, si era voluta garantire la possibilità di contemplarla anche ad edificio chiuso mediante una grata inserita nei battenti della porta. Nel 1650 al posto del piccolo oratorio venne eretto un edificio più grande, l'attuale, la cui costruzione, proceduta a rilento per difficoltà economiche e terminata solo grazie all'intervento di un benefattore, Giovanni Bertolotti, che donò il materiale necessario, nel 1688 risultava terminata, ad eccezione della facciata (visita Settala, 1688).

Anche in questo edificio il culto si raccolse attorno alla venerata immagine della Madonna adorante il Bambino, che si diceva essere stata trasportata qui dall'antica santella insieme al suo supporto murario e sistemata nel presbiterio come ancona sopra l'unico altare, dove era ricordata ancora alla metà dell'Ottocento (visita Novasconi, 1853).

Nel corso del Settecento e nei primi decenni del se colo successivo l'arredo della chiesa venne completato e lungo le pareti della navata vennero realizzate nicchie con le statue di san Basilio, titolare della parrocchiale di Grontardo, di san Archelao, san Aquilino, san Francesco da Paola, san Giuseppe e san Fermo. La facciata, pero, nel 1834, anno della visita del vescovo Sardagna, si presentava ancora al rustico.

La sua realizzazione fu forse compiuta fra tale anno ed il 1853, quando essa appare delineata negli elementi fondamentali nella descrizione che ne fece il parroco don Luca Galli in occasione della visita del vescovo Novasconi. Del resto il suo impianto strutturale è riconducibile a quel periodo; essa si presenta infatti con uno schema d'ispirazione palladiana, caratterizzato dall'ordine gigante delle quattro lesene innalzate su un alto zoccolo e dotate di capitelli ionici che inquadrano il portale trabeato e un finestrone semicircolare; la concludono un'alta trabeazione ed il timpano con pinnacoli. Risulta pertanto avvicinabile, negli elementi costitutivi, al prospetto di San Basilio, parrocchiale di Grontardo, realizzato fra il 1840 ed il 1842 su progetto di Luigi Voghera.

La struttura architettonica ha mantenuto fino ad oggi l'assetto originario con l'unica navata scandita da coppie di lesene con capitelli ionici che reggono l'alto fregio su cui si imposta la volta. Durante i recenti lavori di restauro e riordino che hanno interessato le strutture murarie e gli arredi, sono state riaperte le nicchie nelle pareti laterali ove sono state collocate moderne statue raffiguranti il beato Padre Pio, santa Rita, santa Lucia, san Basilio. L'antica statua di san Fermo dai tratti marcatamente popolari e quella di san Rocco sono invece poste nelle nicchie all'ingresso del presbiterio. Altri arredi, originariamente appartenenti al Santuario, Sono stati da tempo trasferiti nella parrocchiale; fra questi si segnalano la pregevole statua lignea di san Giuseppe e la cornice lignea settecentesca intagliata e dorata, che in origine conteneva il dipinto raffigurante la Madonna col Bambino e san Giuseppe attribuito ad Angelo Massarotti o alla sua bottega, trafugato nel 1971.

Modificato rispetto alla costruzione originaria appare invece l'assetto del campanile, in origine munito di una cupoletta, che andò distrutta da un fulmine nel 1902.

Nel santuario, l'8 settembre si celebra la festa di Maria Bambina, preceduta da un triduo di preparazione.