La Basilica Pontificia sorge a nord dell'abitato di Molfetta, sull'area dove i Normanni costruirono un ospedale per accogliere pellegrini e crociati. Nel 1162, il vescovo di Ruvo, Ursone consacrò una piccola chiesetta dedicata a Santa Maria. Circa vent'anni dopo la consacrazione della cappella, in circostanze leggendarie, in questo luogo approdò l'icona della Vergine Eleousa. La statua processionale fu scolpita nel 1840 dall’artista napoletano Giuseppe Verzella. Ancora oggi sull'altare maggiore della Basilica troneggia l'icona medievale, in dialetto molfettese Médonne du Tremelizze (del terremoto), a ricordo del sisma che colpì la città nel 1560. Sul muro di fondo della navata destra è collocata la statua processionale, oggetto di culto durante i solenni festeggiamenti settembrini. L'aspetto neoclassico della chiesa si deve agli interventi commissionati nel 1828 dal vescovo Filippo Maria del Giudice-Caracciolo, che affidò il progetto all’ingegnere molfettese Vitantonio Mezzina. L'impianto attuale si articola in tre navate separate da un doppio ordine di colonne corinzie. La volta a botte che sovrasta la navata centrale è rivestita da una fitta decorazione in stucco. L'arco trionfale a sesto acuto immette nel presbiterio: in quest’area si conservano gli elementi architettonici della chiesa medievale. Prima degli interventi ottocenteschi, l’edificio di culto era definito da due cupole in asse, modello architettonico molto diffuso in Terra di Bari. Nel 1987, il santuario fu elevato a Basilica Pontificia Minore.