La nascita del santuario è legata all'apparizione della Madonna al giovane Filippo Viotti, avvenuta secondo la tradizione nell'agosto del 1532, sui monti nei pressi dell'abitato. La Vergine avrebbe chiesto al fanciullo di far costruire una chiesa in quel punto e questi, sordomuto, sarebbe poi miracolosamente guarito. La comunità di Paitone, in onore alla richiesta della Vergine, decide quindi di costruire un nuovo santuario a lei dedicato. L'autorizzazione dalla diocesi di Brescia arriva l'11 maggio 1534, redatta da Mattia Ugoni, ausiliario del vescovo Andrea Corner. Fra le altre cose, si legge appunto che "ricevuta l'umile e devota vostra domanda, or ora a noi presentata, per fondare, per erigere, costruire e fabbricare una chiesa [...] in quel luogo ove è apparsa la Santissima Vergine Maria e ove dicesi operare molti miracoli, noi col tenore della presente lettera, concediamo tale licenza e facoltà".
Il santuario viene arricchito da una tela del Moretto, che il pittore avrebbe dipinto basandosi fermamente sulla testimonianza del giovane Filippo. Il Racconto dell'apparizione miracolosa e di come il Moretto si accinse ad eseguire l'opera ci è stato tramandato da Carlo Ridolfi il quale, comunque molto enfaticamente, nel 1648 scrive: "Raccoglieva un contadinello (Filippo Viotti) more silvestri nel seno di quel monte, a cui apparve Maria Santissima in sembiante di grave Matrona, cinta di bianca veste, commettendogli, che facesse intendere a que' Popoli, che al di lei nome edificassero una Chiesa in quella sommità, che in tal modo cessarebbe certo infortunio di male, che gli opprimeva. Ubbidì il garzoncello, et ottenne anch'egli la sanità: Edificato il Tempio, fu ordinata la pittura al Moretto; il quale con ogni applicatione si diede a compor la figura della Vergine, nella guisa che riferiva il Rustico (cioè tentando di attenersi alla descrizione fatta dal contadino): ma affaticandosi invano, pensò che qualche suo grave peccato gl'impedisse l'effetto, onde riconciliatosi con molta divotione con Dio, prese la Santissima Eucharistia, ed indi ripigliò il lavoro, e gli venne fatta l'Imagine in tutto simigliante a quella che haveva veduto il Contadino, che ritrasse a' piedi, col cesto delle more al braccio, onde viene frequentata da continue visite de' Popoli, mediante la quale ottengono dalla Divina mano gratie e favori". L'apparizione della Vergine, cosa che il Ridolfi non dice, avvenne su una pietra, che viene poi utilizzata come base dell'altare maggiore della chiesa.
Il santuario è costruito in circa due anni e viene costantemente abbellito, costruendo il portico in facciata e aprendo il vasto piazzale antistante. Nel corso dei secoli si sarebbero registrati molti altri miracoli legati al santuario, tutti legati a guarigioni improvvise e inspiegabili.