Die Basilika steht auf dem gleichnamigen Platz, neben dem Schloss Castello dell’Imperatore. Hier befanden sich einst die Kerker. Am 6. Juli 1484 wurden vor dem Bild der Madonna mit Kind an der Außenwand der Kerker wundersame Ereignisse verzeichnet. Das Ereignis löste eine so starke Verehrung aus, dass der Papst schon bald die Baugenehmigung für die Kirche erteilte. Die Stadt entschloss sich für den Entwurf von Giuliano da Maiano, doch im darauf folgenden Jahr wurden die Arbeiten von Lorenzo de‘ Medici unterbrochen, und Giuliano Sangallo mit einem neuen Projekt betraut.
Die Arbeiten begannen 1486 und wurden 1495 abgeschlossen. Die unvollständige zweifarbige Außenverkleidung ist aus grünem Prateser Marmor (oder Serpentin) und Alberese-Gestein und erinnert an Florentiner Kirchen wie Santa Maria Novella, San Miniato und die Taufkirche sowie an die sich in Prato befindenden Kirchen San Domenico und San Francesco. Die Serpentinschichten an der Außenseite untergliedern das Gebäude harmonisch und betonen die eleganten Türen mit vorspringenden Tympana.
Auf Wunsch von Lorenzo de Medici weist der Innenraum der Basilika deutlich auf die Architektur von Leon Battista Alberti hin; die Kirche ist eine der besten Beispiele für den Grundriss des griechischen Kreuzes der Renaissance. Die Kuppel erhebt sich über dem zylindrischen Tambour mit zwölf kreisförmigen Fenstern und dem abschließenden Dachaufsatz: Das erinnert zweifellos an den großen Humanisten Filippo Brunelleschi.
Das Gebälk ist mit einem in Glaskeramik hergestellten Fries von Andrea Della Robbia (1491-92) dekoriert. Vom gleichen Autor stammen auch vier Rundbilder mit den Evangelisten in den Pendentifs der Kuppel. Die schönen Glasfenster in den vier Kreuzarmen zeigen die Verkündigung, die Geburt Christi, die Heilige Jungfrau und Mariä Heimsuchung und wurden nach einem Entwurf von Domenico Ghirlandaio gefertigt. Der Hochaltar aus weißem Marmor vom Künstler Sangallo beherbergt das Wunderbild Maria mit Kind und den hl. Leonhard und Stephanus aus dem frühen 14. Jhd. Das vom Prateser Maler Antonio Marini gefertigte Gemälde zeigt Engel, David und die hl. Anna, Joachim, Josef und Johannes den Täufer (1844-47) und rahmt das Fresko ein.
Zwei Türen verbinden die Kirche mit der Sakristei, dem ehemaligen Eingang zum Gefängnis. Unter der Sakristei kann man die alten Gefängnisräume und einige Zellen besichtigen. Hinter der Wallfahrtskirche befindet sich das nach Entwurf von Giuseppe Valentini zwischen 1787 und 1810 geschaffene Pfarrhaus, das sich an die klassische Architektur des 16. Jhd., insbesondere an den Palazzo Farnese in Rom, anlehnt.
