Pembinaannya, dimulakan pada tahun 1508, siap hanya satu abad kemudian. Seni binanya berbeza dengan pusat bersejarah Todi, yang mempunyai watak zaman pertengahan. Projek seni bina telah dikaitkan, walaupun dengan beberapa tempahan, kepada Donato Bramante, sementara ia pasti campur tangan beberapa arkitek paling terkenal pada masa itu: Cola di Matteuccio da Caprarola, Ambrogio da Milano, Antonio da Sangallo the Younger, Jacopo Barozzi dikenali sebagai "Il Vignola" dan Baldassarre Peruzzi. Kuil itu, dengan pelan tengah dan salib Yunani, mempunyai tiga aps poligon dan satu separuh bulatan; di dalam dua belas patung plaster, menggambarkan dua belas rasul, berehat di seberapa banyak ceruk, manakala di atas mezbah utama adalah imej purba Madonna dengan Anak dan perkahwinan Saint Catherine dari Alexandria. Imej itu, dipercayai ajaib, pada asalnya ditemui di dalam dinding sebuah gereja kecil yang runtuh selama berabad-abad. Seorang tukang batu mendapati ia diselaputi habuk dan sarang labah-labah dan, selepas mengelap peluh dari dahinya dengan sapu tangan yang sama yang digunakannya untuk membersihkan lukisan dinding itu, dia secara ajaib sembuh daripada penyakit mata yang serius. Sebagai peringatan kepada acara ini, masih terdapat perayaan tahunan yang disambut pada 8 September dan berakhir dengan pertunjukan bunga api yang indah dan menggugah selera.
