Le sanctuaire est dédié à la figure de Sainte Marguerite, patronne de Cortona et tertiaire franciscaine, et à l'activité culturelle et spirituelle ultérieure des Franciscains Observants. À la mort de la sainte (22 février 1297), il fut décidé de construire une église en son honneur, à côté de l'ancienne église de San Basilio, que Marguerite avait elle-même restaurée après l'avoir choisie comme lieu de pénitence et de prière. En 1304, l'édifice sacré était déjà construit, mais il a continué à être embelli par d'importantes fresques tout au long du XIVe siècle. Seuls quelques fragments de ce cycle de peintures murales ont survécu jusqu'à aujourd'hui et sont conservés au musée diocésain, mais on en trouve la preuve dans un codex du XVIIe siècle qui documente les peintures murales avec vingt et une scènes aquarellées qui ont été perdues en 1653 lorsqu'elles ont été effacées en raison de leur mauvais état de conservation. L'analyse des fragments qui subsistent nous amène à les dater d'environ 1335 et à les attribuer à l'atelier de l'un ou des deux frères Lorenzetti. En 1385, l'église est confiée aux moines olivétains, qui sont remplacés en 1389 par les petits observants, qui s'occupent toujours de l'église et accueillent les visiteurs. En août 1927, elle a été élevée à la dignité de basilique mineure.
