Le temple, juste à l'extérieur des murs d'enceinte de la ville, est l'un des bâtiments symboliques de l'architecture de la Renaissance. Sa construction, qui a commencé en 1508, s'est achevée un siècle plus tard seulement. Son architecture contraste avec celle du centre historique de Todi, de caractère médiéval. Le projet architectural a été attribué, bien qu'avec quelques réserves, à Donato Bramante, alors qu'il a certainement été l'intervention de certains des architectes les plus éminents de l'époque : Cola di Matteuccio da Caprarola, Ambrogio da Milano, Antonio da Sangallo le Jeune, Jacopo Barozzi dit " ; Il Vignola" ; et Baldassarre Peruzzi. Le temple, avec un plan central et une croix grecque, possède trois absides polygonales et une semi-circulaire ; à l'intérieur, douze statues en plâtre, représentant les douze apôtres, reposent dans autant de niches, tandis qu'au-dessus de l'autel principal se trouve l'ancienne image de la Vierge à l'Enfant et les noces de Sainte Catherine d'Alexandrie. L'image, que l'on croit miraculeuse, se trouvait à l'origine dans les murs d'une petite chapelle qui s'était délabrée au fil des siècles. Un maçon l'a trouvée couverte de poussière et de toiles d'araignée et, après avoir essuyé la sueur de son front avec le même mouchoir avec lequel il avait nettoyé la fresque, il a été miraculeusement guéri d'une grave maladie oculaire. Pour rappel, cet événement reste une fête annuelle qui se célèbre le 8 septembre et se termine par un beau et suggestif feu d'artifice.
