L'esterno si presenta con un doppio ordine di lesene e capitelli corinzi, posti negli spigoli, uniti da basamenti e cornici aggettanti. 
L'ordine superiore, contrariamente al rigido inferiore, risulta movimentato da finestre con frontoni triangolari e curvi, alternati. Al di sopra delle cornici sono poste quattro aquile, simbolo della città di Todi, opera di Antonio Rosignoli.
L'interno è luminoso, gli elementi architettonici che suddividono gli spazi sono realizzati in pietra chiara.
La chiesa fu edificata per custodire un'icona mariana a cui la popolazione di Todi attribuiva numerose grazie e che tuttora è conservata nell'altare barocco dell'abside nord.
L'edificio fu realizzato con pietre provenienti sia dalla demolizione della rocca che dalle cave di travertino di Titignano, su progetto del Bramante, anche se l'opera è stata avviata e condotta a compimento da altri.
L'attribuzione all'artista rinascimentale è ancora in fase di studio, sebbene documenti del ‘500 e ‘600 lo indichino come l'autore del progetto.
I lavori iniziarono il 15 novembre 1508, su una preesistente cappella quattrocentesca e ci vollero cento anni per il suo completamento.
La costruzione venne diretta da Cola di Matteuccio da Caprarola fino al 1512; gli succedettero diversi capomastri, architetti e scultori fino al completamento avvenuto nel 1607.
Nel corso dei lavori furono consultati molti architetti famosi di quel tempo, fra i quali Baldassarre Peruzzi e Antonio da Sangallo il Giovane, allievi e collaboratori del Bramante. Successivamente anche l'Alessi, il Vignola ed Ippolito Scalza.
Alla realizzazione dei decori interni operarono diversi artisti, tra cui Filippo Meli per la decorazione degli archivolti, Giovan Battista Gardona da Ligornetto e Francesco Casella per i pennacchi. Andrea Polinori disegnò l'altare maggiore che venne eseguito dallo scultore Angelo Pieri nel 1612.
Nel 1613 sul lato nord venne inserita una sacrestia, abbattuta poi a furor di popolo nel 1862, dopo l'Unità d'Italia, perché ritenuta disarmonica rispetto alla solennità e purezza delle linee della chiesa. 

Curiosità

Una leggenda vuole che la chiesa sia nata per volontà del popolo. Si narra che un operaio, privo della vista da un occhio, forse un certo Iole di Cecco, eseguendo l'ordine del Comune di liberare dai rovi la zona vicino alle porte di santa Margherita e san Giorgio, luogo dove oggi sorge la chiesa, avesse ripulito dalla polvere, con il proprio fazzoletto, il volto della Vergine Maria di un'edicola votiva ricoperta di sterpaglie. In seguito, asciugandosi il volto e gli occhi con quello stesso fazzoletto avrebbe riacquistato miracolosamente la vista. Così dopo l'avvenimento si decise di edificare la chiesa per celebrare l'icona miracolosa.

Orari di apertura

Dal lunedì al venerdì dalle 9.30 alle 12.30 e dalle 14.30 alle 17.00. Nei giorni di sabato e domenica l'apertura è fino alle 19.00, in considerazione della S. Messa delle ore 18.00. 

Informazioni e consigli utili

Todi è facilmente raggiungibile in auto, tramite l'autostrada del Sole, uscita Valdichiana provenendo da nord e uscita Orte provenendo da Sud, si continua per la E45 fino all'uscita Todi.
La Ferrovia Centrale Umbra è presente con un treno regionale che collega Todi con diverse località umbre tra cui Perugia centro, Perugia Ponte San Giovanni e Terni. Da queste ultime sono disponibili i collegamenti al resto d'Italia attraverso le Ferrovie dello Stato.
Todi dista 49 Km dall'Aeroporto Internazionale dell'Umbria di Sant'Egidio. Questo è collegato con l'aeroporto di Milano Malpensa tramite due voli giornalieri.