Fu edificato nel XVI sec. in seguito ad un fatto prodigioso, avvenuto nel 1584, di un grande e ripetuto scintillare di lumi nel luogo dove, su un pilastro, era dipinta l'immagine della Madonna. La costruzione, deve le forme attuali ai Barnabiti, che nel 1657 ebbero la custodia del Santuario, oggi affidato ai Cistercensi.
La costruzione del primo piccolo tempio dedicato a Santa Maria dei Lumi fu iniziata nel 1586, ad opera dei Filippini, sul luogo dove nel gennaio del 1584 si era verificata l’apparizione di un ripetuto scintillare di “lumi” intorno ad una immagine della Madonna dipinta da Giangentile, figlio di Lorenzo d’Alessandro, su un pilone all’ingresso di un podere di un certo Luca di Ser Antonio. Nel 1601 i Barnabiti succedettero ai Filippini nel completamento e nella custodia dell’edificio. Si devono a loro le attuali forme del Santuario con la realizzazione della cupola ottagonale posta all’incrocio del braccio longitudinale con i due bracci laterali e con la costruzione del catino ottagonale. L’interno, a croce latina, presenta diverse cappelle riccamente affrescate e decorate tra cui quella in cui è venerata l’immagine della Beata Vergine Maria dei Lumi il cui altare è stato impreziosito da un rivestimento di pregiati marmi policromi e lapislazzuli. Numerosi gli architetti, i pittori, gli scultori che furono chiamati a decorare il Santuario tra cui Felice Damiani, Giulio Lazzarelli, Venanzio Bigioli, Gian Tommaso da Ripoli, Felice Torelli e G. Andrea Urbani. Nella cappella della Visitazione, la prima a sinistra dell’entrata, sono sistemate le urne con le spoglie dei beati Pellegrino da Falerone e Bentivoglio de Bonis da San Severino, entrambi tra i primi discepoli di san Francesco. Sul pilastro della cappella della Madonna una piccola lapide in marmo nero ricorda che qui è sepolta la mistica del 1500, Francesca Trigli dal Serrone, la cui vita santa consentì l’inizio del processo di beatificazione e con esso l’attribuzione del titolo di “venerabile serva di Dio”. Dal 1901 il Santuario è affidato alla custodia dei monaci Cistercensi che già dalla metà del XVIII erano nella Chiesa di S. Lorenzo in Doliolo. Orario sante messe: festivo 9,30 – 11,30; feriale 16,00 (I) – 17,00 (A) – 18,00 (P-E). Le visite non sono consentite durante le celebrazioni liturgiche.