A mai kegyhelyen először a bencések építettek román stílusú templomot, az ő helyüket a 15. század közepén a ferencesek foglalták el. 1444-ben IV. Jenő pápa körlevélben biztatta a lakosságot, hogy segítsenek a szerzeteseknek a templomépítésben, és ezért búcsú megtartását engedélyezte. A négy évvel később befejezett gótikus templom főoltárát díszítette a hársfából faragott, gipsszel és festékkel bevont, székelyleányarcú Mária-szobor, amely azóta is Csíksomlyó legértékesebb ereklyéje. Ez a világ egyik legnagyobb kegyszobra, magassága a koronát is beszámítva 2 méter 27 centiméter. A Máriát „Napba öltözött asszonyként”, karjában a kis Jézussal ábrázoló alkotást többször festették újra, mígnem a múlt században megtiltották bármilyen módosítását. A szobrot 2012-ben megtisztították a rárakódott szennyeződéstől és védőbevonattal is ellátták.
Az első búcsújárást a legenda szerint 1567-ben tartották, abban az évben, amikor János Zsigmond erdélyi fejedelem fegyverrel akarta a katolikus székelyeket az unitárius vallás felvételére kényszeríteni. Csík, Gyergyó és Kászon népe a gyergyóalfalvi plébános, István atya vezetésével pünkösd szombatján Csíksomlyón gyülekezett, és miután Szűz Mária segítségét kérték, legyőzték a fejedelem seregét a Hargita Tolvajos-hágójában. A diadal után nyírfaágakkal ékesített lobogóikkal újfent Csíksomlyón adtak hálát a diadalért, egyben fogadalmat tettek, hogy ezután minden évben elzarándokolnak ide pünkösd szombatján.
A templomot a törökök 1601-ben felgyújtották, tetőzete leégett, de kegyszobrai épen maradtak. 1664-ben újjáépítették, ezután vált Csíksomlyó a székelység egyik gazdasági és kulturális központjává, ahol a ferencesek posztógyárat, elemi iskolát, gimnáziumot, tanítóképzőt és papneveldét is működtettek. A mai nagy barokk templomot a 19. század elején kezdték el építeni, 1876-ban szentelték fel és 1948-ban kapott basilica minor rangot. A szabadtéri oltár Makovecz Imre és csíkszeredai tanítványa, Boros Ernő tervei alapján készült.
A legnagyobb magyar katolikus búcsújáró helyen évről évre magyarok százezrei gyűltek össze, az erdélyi katolikusok azt vallják: Csíksomlyóra minden magyarnak életében legalább egyszer el kell zarándokolnia. A búcsú fő ünnepe a pünkösd előtti szombaton tartott nagymise, amelyet a templom feletti, Jézus hegyének is mondott Kis-Somlyó és az azon túl emelkedő, 1035 méter magas Nagy-Somlyó erdős hegye közti széles hágó gyepén, a Hármashalom oltárnál tartanak. A hagyomány szerint a közelebbi, de sok esetben a távolabbi egyházközségek keresztaljai, búcsús közösségei is gyalog teszik meg az utat, a távolabbi vidékek búcsúsai szervezetten vagy egyéni kezdeményezés alapján érkeznek. Magyarországról hagyományosan több különvonat, az úgynevezett Székely gyors – Csíksomlyó expressz, valamint a Boldogasszony zarándokvonat szállítja a zarándokokat.
