La leyenda y la historia se unen en considerar este espacio el lugar donde se produce el hallazgo de la imagen de Nuestra Señora de las Viñas, aproximadamente en el siglo XII, desde entonces son numerosas las construcciones que se han ido realizando para acoger a la Patrona de la ciudad. Destaca el ábside de la iglesia, mandado construir en la segunda mitad del siglo XVI por el obispo de Osma D. Pedro Álvarez de Acosta.
La nave de la iglesia data de finales del siglo XVII. Sobresale la profusa decoración de su bóveda de medio cañón, cuyos tramos presentan motivos distintos, en línea con el gusto barroco por la variedad y el efecto visual.
A comienzos del siglo XX, el conjunto adquiere la configuración que presenta en la actualidad. En esta etapa se reorganizan y amplían los espacios, y en torno al patio porticado, que actúa como elemento central, se construyen diversas dependencias destinadas al servicio del santuario, conformando un conjunto funcional y equilibrado.
La imagen de Nuestra Señora de las Viñas está realizada hacia 1300 y fue adaptada para vestir a comienzos del siglo XVII, siguiendo la moda devocional del momento, lo que implicó la transformación parcial de la talla.