Pembangunannya, yang dimulai pada tahun 1508, baru selesai satu abad kemudian. Arsitekturnya kontras dengan pusat bersejarah Todi, yang berkarakter abad pertengahan. Proyek arsitekturnya telah dikaitkan, meskipun dengan beberapa keberatan, dengan Donato Bramante, sementara intervensi dari beberapa arsitek paling terkemuka pada masa itu sudah pasti: Cola di Matteuccio da Caprarola, Ambrogio da Milano, Antonio da Sangallo il Giovane, Jacopo Barozzi yang dikenal sebagai 'Il Vignola' dan Baldassarre Peruzzi. Kuil ini, dengan denah pusat dan salib Yunani, memiliki tiga apse poligonal dan satu setengah lingkaran; di dalamnya, dua belas patung plester yang menggambarkan dua belas rasul beristirahat di banyak relung, sementara di atas altar tinggi terdapat gambar kuno Bunda Maria dan Anak serta Perkawinan St Catherine dari Aleksandria. Gambar yang diyakini ajaib ini awalnya berada di dalam dinding sebuah kapel kecil yang telah rusak selama berabad-abad. Seorang tukang batu menemukan lukisan itu tertutup debu dan sarang laba-laba, dan setelah menyeka keringat di dahinya dengan sapu tangan yang sama dengan yang digunakan untuk membersihkan lukisan itu, secara ajaib ia sembuh dari penyakit mata yang serius. Untuk mengenang peristiwa ini, sebuah festival tahunan tetap diadakan, yang dirayakan pada tanggal 8 September dan diakhiri dengan pertunjukan kembang api yang indah dan menggugah.
