La tradizione tramanda che nel 1336 una fanciulla ricoverata nello spedale dei SS. Jacopo e Lorenzo fu miracolosamente guarita da una lunga infermità per intercessione della Beata Vergine.
La Vergine, allontanandosi dalla ragazza, avrebbe lasciato la sua effigie su una parete dello spedale. L’immagine è in realtà un dipinto trecentesco che raffigura la Madonna con il bambino in volo.
L’antico oratorio, sorto intorno all’effigie miracolosa, nel corso del Quattrocento fu ampliato fino ad assumere l’aspetto attuale.
I lavori furono a spese del Comune di Pistoia che allora amministrava l’ospedale, come segnala lo stemma a scacchiera sorretto da due orsi (i ‘micchi’ simbolo della città) scolpito in facciata.
Nel 1535 la chiesa fu affidata alle suore agostiniane che costruirono il loro convento a fianco del santuario. Nel 1784 il monastero fu soppresso e il complesso, in seguito incorporato nell’Ospedale del Ceppo, è oggi di proprietà dell’Azienda Sanitaria Locale.
L’interno ha un aspetto rinascimentale, con una cupola sorretta da quattro colonne e affreschi di inizio ‘500.
Sugli altari nei bracci del transetto sono custodite due belle tele di Sebastiano Vini, pittore veronese molto attivo a Pistoia nella seconda metà del ‘500.
Nella navata è presente un monumento funebre in stile barocco e di gusto romano dedicato al pistoiese Luca Cellesi, vescovo di Martorano in Calabria (1575 –1669).