O templo, mesmo fora das muralhas do perímetro da cidade, é um dos edifícios simbólicos da arquitetura renascentista. Sua construção, que começou em 1508, terminou apenas um século depois. Sua arquitetura contrasta com a do centro histórico de Todi, de caráter medieval. O projeto arquitetônico foi atribuída, ainda que com algumas reservas, para Donato Bramante, enquanto ele foi, certamente, a intervenção de alguns dos mais renomados arquitetos da época: Cola di Matteuccio da Caprarola, Ambrogio da Milano, Antonio da Sangallo, o Jovem, Jacopo Barozzi chamado de "Il Vignola" e Baldassarre Peruzzi. O templo, com um plano central e cruz grega, tem três absides poligonais e um semicircular; dentro de doze Estátuas de gesso, representando os Doze Apóstolos, repousam em tantos nichos, enquanto acima do altar principal está a imagem antiga da Virgem e da criança e do casamento de Santa Catarina De Alexandria. A imagem, considerada milagrosa, estava originalmente localizada dentro das paredes de uma pequena capela que havia caído em ruínas ao longo dos séculos. Um pedreiro encontrou-o coberto de pó e teias de aranha e, depois de limpar o suor da testa com o mesmo lenço com que tinha limpo o fresco, foi milagrosamente curado de uma grave doença ocular. Como um lembrete, este evento continua a ser um festival anual que é comemorado no dia 8 de setembro e termina com uma bela e sugestiva exibição de fogos de artifício.