A sua construção, iniciada em 1508, só foi concluída um século mais tarde. A sua arquitectura contrasta com a do centro histórico de Todi, que tem um carácter medieval. O projecto arquitectónico foi atribuído, embora com algumas reservas, a Donato Bramante, enquanto a intervenção de alguns dos mais distintos arquitectos da época foi certa: Cola di Matteuccio da Caprarola, Ambrogio da Milano, Antonio da Sangallo il Giovane, Jacopo Barozzi conhecido como 'Il Vignola' e Baldassarre Peruzzi. O templo, de planta central e cruz grega, tem três ápses poligonais e uma semicircular; no seu interior, doze estátuas de gesso representando os doze apóstolos descansam em tantos nichos, enquanto acima do altar-mor está a antiga imagem da Madonna e do Menino e do Casamento de Santa Catarina de Alexandria. A imagem, considerada milagrosa, encontrava-se originalmente dentro das paredes de uma pequena capela que tinha caído em desgraça ao longo dos séculos. Um pedreiro encontrou-a coberta de pó e teias de aranha e, depois de limpar o suor da sua testa com o mesmo lenço com que tinha limpo o fresco, ficou miraculosamente curado de uma grave doença ocular. Em memória deste evento, permanece um festival anual, que é celebrado a 8 de Setembro e termina com uma bela e evocativa exibição de fogo-de-artifício.
