A súa construción, iniciada en 1508, rematou só un século despois. A súa arquitectura contrasta coa do centro histórico de Todi, que ten un carácter medieval. O proxecto arquitectónico foi atribuído, aínda que con algunhas reservas, a Donato Bramante, aínda que foi sen dúbida a intervención dalgúns dos arquitectos máis famosos da época: Cola di Matteuccio da Caprarola, Ambrogio da Milano, Antonio da Sangallo o Mozo, Jacopo. Barozzi coñecido como "Il Vignola" e Baldassarre Peruzzi. O templo, de planta central e cruz grega, presenta tres ábsidas poligonais e unha semicircular; no seu interior repousan doce estatuas de xeso, que representan aos doce apóstolos, mentres que sobre o altar maior está a antiga imaxe da Virxe co Neno e as vodas de Santa Catalina de Alexandría. A imaxe, que se cre milagrosa, atopouse orixinalmente dentro dos muros dunha pequena capela que se derrubou co paso dos séculos. Un albanel atopouno cuberto de po e teas de araña e, despois de enxugar a suor da fronte co mesmo pano co que limpara o fresco, quedou milagrosamente curado dunha grave enfermidade ocular. Como lembranza deste evento, queda unha festa anual que se celebra o 8 de setembro e que remata cunha fermosa e evocadora tirada de fogos artificiais.
