Una inmensa estructura que sobresale literalmente de la montaña. El santuario fue erigido en honor de Nuestra Señora de los Dolores, que tuvo su primera aparición en Castelpetroso, en Cesa Tra Santi, el 22 de marzo de 1888. Fabiana Cicchino fue la campesina que vio por primera vez a la Virgen, luego la aparición se produjo de nuevo en presencia de su amiga Serafina Valentino. Pronto la noticia de la aparición se extendió por el pueblo y, a pesar del escepticismo inicial de la población, comenzaron las primeras peregrinaciones al lugar, donde se colocó una cruz.
La noticia llegó al entonces obispo de Bojano, Francesco Macarone Palmieri, quien, el 26 de septiembre de 1888, quiso comprobar personalmente lo sucedido. Él mismo se benefició de una nueva aparición, y en el mismo lugar surgió un manantial de agua que más tarde se reveló milagroso. A finales de 1888 se produjo el milagro que dio origen al grandioso proyecto del Santuario: Carlo Acquaderni, director bojano de la revista "Il servo di Maria", decidió llevar a su hijo Augusto al lugar de la aparición. Augusto, de 12 años, estaba enfermo de tuberculosis ósea pero, al beber del manantial de Cesa Tra Santi, se curó completamente.
A principios de 1889, tras una sucesión de exámenes médicos, se proclamó el milagro. Acquaderni y su hijo volvieron al lugar y presenciaron la Aparición por primera vez. De ahí el deseo de dar gracias a la Virgen y la elaboración de un proyecto, propuesto al obispo, para construir un santuario en honor de la Virgen. El obispo aceptó y comenzó la recaudación de fondos para erigir la estructura. Guarlandi, de Bolonia, fue designado para diseñar la obra. Guarlandi diseñó una estructura majestuosa, de estilo gótico revival, inicialmente más grande que la actual. La obra tardó unos 85 años en completarse: la primera piedra se colocó el 28 de septiembre de 1890, pero la consagración no tuvo lugar hasta el 21 de septiembre de 1975.
Los primeros años que siguieron fueron años de trabajo, teniendo en cuenta además que no era fácil llegar a la obra. Sin embargo, a partir de 1897 se sucedieron una serie de acontecimientos que frenaron y bloquearon la construcción. Primero la crisis económica, luego la muerte del obispo Palmieri y el escepticismo de su sucesor que bloqueó la construcción, luego la guerra, en fin, fueron años difíciles.
Afortunadamente, se reanudaron las ofrendas, sobre todo de Polonia, y en 1907 se inauguró la primera capilla. En 1973, el Papa Pablo VI proclamó a la Virgen Inmaculada patrona de la región de Molise. Fue el obispo Caranci quien finalmente consagró el templo. La estructura está dominada por la cúpula central de 52 metros de altura que sostiene toda la arquitectura radial y simboliza un corazón, completada por siete capillas laterales. La fachada está dominada por tres portales situados entre los dos campanarios. Al santuario se entra por tres puertas, todas de bronce, la de la izquierda realizada por la Pontificia Fonderia Marinelli de Agnone, que también suministró todas las campanas. En el interior, no se puede dejar de observar la imponente cúpula, rodeada de 48 mosaicos de vidrio que representan a los santos patronos de las distintas ciudades de la diócesis.