Il santuario si trova in pieno centro storico, ai limiti meridionali della città fortificata in prossimità delle mura venete. Lo spiazzo davanti alla chiesa, poi prolungato con l'apertura delle mura in una vera e propria via, era denominato in antico via dello Spitale e la denominazione fu mutata nel 1931 nell'attuale via delle Grazie. L'edificio presenta una semplice facciata di gusto cinquecentesco, mentre l'interno è costituito da un'aula unica coperta da volta a botte, terminante con un piccolo presbiterio voltato a padiglione.

E’ Gian Giacomo Barbelli tra il 1641 e il 1643 a conferire grandiosità alla chiesa, realizzandovi uno pregevole ciclo decorativo celebrativo delle storie della Vergine. L'effetto di illusionismo prospettico spettacolare è conseguito grazie ad un complesso sistema compositivo, secondo le più aggiornate teorie del quadraturismo bresciano, che integra architettura reale e architettura dipinta.

L'alzata è affiancata da due statue in marmo di Carrara che raffigurano Maria Maddalena e san Giovanni Evangelista, opere firmate di Andrea Fantoni del 1716 e provenienti dalla soppressa chiesa di Santa Caterina.