Su construcción, iniciada en 1508, no se terminó hasta un siglo después. Su arquitectura contrasta con la del centro histórico de Todi, de carácter medieval. El diseño arquitectónico se ha atribuido, aunque con algunas reservas, a Donato Bramante, mientras que la intervención de algunos de los más distinguidos arquitectos de la época era segura: Cola di Matteuccio da Caprarola, Ambrogio da Milano, Antonio da Sangallo il Giovane, Jacopo Barozzi conocido como "Il Vignola" y Baldassarre Peruzzi. El templo, de planta central y cruz griega, tiene tres ábsides poligonales y uno semicircular; en el interior, doce estatuas de yeso que representan a los doce apóstoles descansan en otros tantos nichos, mientras que sobre el altar mayor se encuentra la antigua imagen de La Virgen con el Niño y los Desposorios de Santa Catalina de Alejandría. La imagen, que se cree milagrosa, estaba originalmente dentro de los muros de una pequeña capilla que se había deteriorado con el paso de los siglos. Un albañil lo encontró cubierto de polvo y telarañas y, tras limpiarse el sudor de la frente con el mismo pañuelo con el que había limpiado el fresco, se curó milagrosamente de una grave enfermedad ocular. En recuerdo de este acontecimiento, se mantiene una fiesta anual que se celebra el 8 de septiembre y que termina con un bello y evocador espectáculo de fuegos artificiales.
