Het heiligdom is gewijd aan de figuur van Santa Margherita, patrones van Cortona en Franciscaanse Tertiair, en de daaropvolgende culturele en spirituele activiteit van de observerende Franciscanen. Bij de dood van de Heilige (22 februari 1297) werd besloten om een kerk te bouwen ter ere van haar, naast de Oude Kerk van San Basilio die Margherita zelf had hersteld na het kiezen van het als een plaats van boetedoening en gebed. In 1304 werd het heilige gebouw al gebouwd, maar het bleef worden verfraaid met belangrijke fresco ' s gedurende de veertiende eeuw. Slechts een paar fragmenten van deze muurschildering cyclus zijn tot ons gekomen in het Diocesane Museum, maar het bewijs ervan is bewaard gebleven in een code van de zeventiende eeuw die documenten met eenentwintig aquarel scènes de muurschilderingen verloren in 1653 toen, als gevolg van hun slechte staat van bewaring, ze werden weggespoeld. De analyse van de overgebleven fragmenten leidt ertoe dat ze rond 1335 dateren en toe te schrijven aan het atelier van één of beide broers Lorenzetti. In 1385 werd de kerk toevertrouwd aan de Olivetaanse monniken, in 1389 vervangen door de oplettende minderjarigen die er nog steeds voor zorgen en bezoekers verwelkomen. In augustus 1927 werd het verheven tot de waardigheid van de basiliek.