Costruita sul luogo dove anticamente sorgeva un Tabernacolo con l’immagine miracolosa della Madonna del Piano, la chiesa ha la facciata che guarda Porta Sant’Antonio, alla quale si congiunge con la strada fatta aprire nel 1582 dal duca di Bracciano Paolo Giordano Orsini (su progetto dell’architetto Giacomo del Duca). La costruzione ebbe inizio il 3 settembre 1559 su disegno del Vignola e fu affidata – insieme al convento – ai Padri Agostiniani. La notte del 5 dicembre 1631, crollata la chiesa, si salvò la sola facciata.

La nuova costruzione a pianta rettangolare risulta diversa da quella precedente del Vignola a pianta elissoidale. Il santuario fu affidato nel 1656 ai Frati Minori Irlandesi del collegio di S. Isidoro in Roma. Il soffitto della navata unica è in legno scolpito e dipinto, raffigurante la gloria della Madonna con bambino in braccio tra festoni e grotteschi. Ai lati si aprono tre cappelle per parte sormontate dagli stemmi delle famiglie nobili che contribuirono alla realizzazione della chiesa. Il presbiterio, delimitato da una delicata balaustra di marmo, ha le pareti e il soffitto affrescato.