L’aspetto attuale del santuario è frutto di un rifacimento settecentesco che ha modificato il preesistente edificio ampliandolo notevolmente. L’esterno è caratterizzato da un elegante porticato, in parte manomesso da incauti restauri; sull’architrave del portale campeggia l’antico stemma di Terricciola.
L’interno, a navata unica con copertura a botte, colpisce per la ricercatezza dei mosaici, realizzati dopo il restauro del 1850, seguito ai danni del sisma del 1846.
Gli affreschi della cupola, realizzati nel 1875, raffigurano l’Immacolata Concezione, mentre lungo le pareti, intervallate dalle colonne in finto marmo, si ripete lo stemma di Pisa. Da notare il ricco altare in marmi policromi.