Il santuario è una chiesa sorta nel luogo di una apparizione miracolosa o che contiene immagini e oggetti sacri di particolare venerazione. La chiesa della Madonna delle Grazie è stata costruita, di fronte all’antica Sant’Andrea, per ringraziare la Vergine della cessata pestilenza del 1348. Il santuario è detto anche della Madonna Incoronata perché una copia dell’immagine venne incoronata dal Capitolo di San Pietro di Roma il 29 agosto 1728.
All’inizio la chiesa era una piccola cappella, posta nella zona dell’attuale altare maggiore; per successive espansioni, avvenute dal 1400 a metà 1600, diventa una elegante chiesa rinascimentale a tre navate, ben proporzionate nella pianta e nella facciata. La facciata si innalza al termine di una monumentale scalinata; è divisa in tre parti, che corrispondono alle navate, da classiche lesene che sostengono il tetto a spioventi ed è animata da portali e finte finestre architravate. Sulla destra si eleva un’elegante campanile a torre.
Il complesso ma armonioso interno, basato sulla ripetizione di un modulo quadrato come la stessa facciata, è articolato in tre navate, coperte a tetto e partite da colonne classiche poste su alti plinti. Il transetto, diviso dal resto della navata centrale da doppie colonnette su un muro con eleganti decorazioni, è coperto ai lati da volte a botte e al centro da una cupola con base circolare, che illumina la zona del presbiterio. Sul transetto si aprono tre cappelle terminali, voltate a crociera; un semplice ma elegante pulpito poligonale in pietra è collocato al termine della navata centrale, sulla destra. Il pulpito, corrispondente come funzione all’attuale ambone, è la struttura da cui in passato veniva letto il Vangelo e fatta l’omelia.
La parete terminale della navata centrale ospita un grande affresco raffigurante la Santissima Trinità, attribuito a Francesco Nasini, pittore amiatino del 1600. Nella parete laterale della navata destra troviamo il frammento di un affresco Quattrocentesco rappresentante la Madonna della Misericordia. Il transetto e le tre cappelle che concludono la chiesa sono ornate da cinque altari in stucco della fine del ’500 e del ’600, ornati di tele dello stesso periodo e del 1700. Sulla destra del transetto c’è l’altare di San Sigismondo, l’unico in pietra, con la Madonna col Bambino fra i Santi Francesco e Sigismondo. Nella cappella terminale di destra è ospitato l’altare della Madonna del Rosario, con la Madonna col Bambino e i Santi Domenico e Caterina. Di fronte all’altare è esposto uno stendardo processionale, dipinto nelle due facciate dal senese Ventura Salimbeni agli inizi del 1600. In una facciata della tela è raffigurata la Madonna della neve che ricorda la miracolosa nevicata avvenuta il 5 di agosto a Roma per la costruzione della basilica di Santa Maria Maggiore.
Nell’altra facciata abbiamo la Madonna in gloria fra i santi Sebastiano e Rocco. Segue il monumentale altare maggiore di forme barocche, con colonne tortili ai lati e al centro la tavola quattrocentesca della Madonna col Bambino, proveniente dal palazzo del Capitano di Arcidosso. Ai lati del presbiterio troviamo due tele: a destra il Ritorno dalla fuga in Egitto della santa Famiglia e a sinistra la Madonna col Bambino e san Giovannino, dipinta agli inizi del ’700 da Giuseppe Nicola Nasini. Segue la cappella detta della Madonna della Neve, perché ospitava il ricordato stendardo; oggi sull’altare è venerato un quadro con San Francesco in adorazione della Pietà, con in basso l’immagine del Purgatorio, proveniente dalla chiesa di Sant’Andrea.
Sulla sinistra del transetto troviamo l’altare con la tela di inizi ’700 della Madonna col Bambino fra i santi Giovanni Battista, Celestino V e Luca, del pittore arcidossino Giovan Battista Camarri. L’evangelista Luca, che secondo la tradizione dipinse alcune immagini di Maria, è dipinto nell’atto di ritrarre la Madonna.