La Madonna dell'Addolorata era venerata già nel 1550, quando il Consiglio deliberò la riparazione dell'edicola. Essa venne però ricostruita nel 1746 nel quartiere di Santa Croce, perchè in pessime condizioni. Grazie alle continue offerte lasciate per l'immagine miracolosa fu possibile costruire, al posto dell'edicola, una Chiesa i cui lavori durarono dal 1841 al 1859.
Venne fondata grazie all’iniziativa di un’unione di devoti che con il pretesto della visione del volto della Vergine lacrimante da parte di una donna di Appignano mentre si trovava a pregare nella cappellina sita nel prato di Santa Croce, ne richiesero la costruzione. L’evento fu ritenuto miracoloso e nel 1831 il parroco Don Giuseppe Fiorani e il Capitano del Popolo Angelo Benigni richiesero alla curia vescovile di Osimo l’autorizzazione per l’edificazione di un’idonea chiesa. Però ciò non fu facile in primo luogo per problemi di origine finanziaria ancora presenti nel 1833 quando, mentre il vescovo si dichiarava contrario all’autorizzazione, il cardinale ordinò il trasporto della sacra immagine nella chiesa matrice. Solo il 5 giugno 1841 venne data l’autorizzazione alla concessione dell’area necessaria per la costruzione dell’edificio sacro. Il 29 luglio 1841 il vescovo diocesano cardinale Giovanni Soglia pose personalmente la prima pietra della nuova chiesa. Nel 1850 il parroco Don Benedetto Santoni poté benedire la cappella e riporvi la sacra immagine della Vergine. Nel 1859 si concluse la prima fase del cantiere. Nel 1882 la chiesa fu elevata a santuario e il primo rettore Don Giovanni Pacifico Masi fece edificare la cappella del Purgatorio. Il nipote Don Giovanni Fammilune fece edificare la cappella sul lato destro dedicata a S. Antonio da Padova mentre la cappella del Purgatorio venne decorata con ornati eseguiti dal pittore Nicola Didimi di Treia. La chiesa di S. Maria Addolorata rappresenta realmente il santuario di Appignano, mancava però un alto riconoscimento delle gerarchie ecclesiastiche, quindi si voleva ottenere l’onore dell’incoronazione dell’immagine. Il 14 settembre 1923 venne realizzato un nuovo altare maggiore in marmo, e il 16 settembre si svolse la cerimonia di incoronazione presso la chiesa parrocchiale di San Giovanni Battista, dove il cardinale G. Mori pose una corona d’oro sulla fronte della sacra immagine. Nel pomeriggio avvenne la processione che si concluse con la collocazione della Madonna presso l’altare maggiore della chiesa dell’Addolorata.