Deși din anii 20 a existat un număr tot mai mare de pelerini care urcau pe Muntele Gargano și inadecvarea Bisericii Santa Maria delle Grazie pentru a găzdui această mulțime (atât de mult încât Padre Pio trebuia adesea să sărbătorească în aer liber), lucrările pentru Sanctuar au început abia în 1956.
Construcția a luat contur sub îndrumarea atentă a arhitectului Giuseppe Gentile di Boiano și a fost sfințită la 1 iulie 1959. Este formată din trei nave, cea centrală fiind dominată de impunătorul mozaic al absidei, creat de școala Vaticană, care înfățișează icoana Madonei delle Grazie în slava îngerilor și a Sfântului Pio, intermediar între Maria și omenirea suferindă.
În prezbiteriu, un nou altar sfințit la 13 decembrie 2008 l-a înlocuit pe cel pe care Padre Pio a celebrat Euharistia din 1959 până la 22 septembrie 1968. Vechea masă euharistică a fost „așezată” ca o bijuterie prețioasă în altarul principal, la baza tabernacolul.
Naosele laterale sunt îmbogățite cu nouă altare minore și, mai presus de toate, găzduiesc statuia de lemn a Madonei delle Grazie împreună cu două mozaicuri recente înfățișând pe Sfântul Ioan Paul al II-lea și pe Sfânta Maica Tereza de Calcutta, cu moaștele aferente.
