Non sappiamo con esattezza quando fu costruita tale chiesetta, ma ciò dovette avvenire tra il 1300 e il 1400. Nel 1630 il paese di Osio fu colpito dalla peste e per cercare di allontanare il pericolo con tutti i mezzi, umani e divini, i capifamiglia del paese il 23 giugno si trovarono in chiesa e fecero un voto, promettendo - in cambio della salvezza - penitenze, solennità religiose e la costruzione di una chiesa dedicata alla Madonna. S'impegnarono anche a santificare e solennizzare San Donato "che è al 7 agosto": forse proprio allora si cominciò a dare importanza alla festa di S. Donato come poi divenne tradizione per il nostro paese. Sei anni dopo, grazie ad una raccolta di contributi ed elemosine ebbero inizio i lavori di restauro e di ristrutturazione di "quell'oratorio campestre abbastanza ampio ma molto malmesso". I lavori si protrassero per una ventina d'anni ma al termine ne risultò una chiesa praticamente nuova con una delle due antiche cappelle trasdformata in presbiterio e l'altra in sacrestia. perpendicolarmente a questo corpo venne aggiunta una nuova navata. All'esterno un colonnato completava l'edificio. Altri importanti lavori di ampliamento del colonnato furono eseguiti nel 1742 ma i lavori maggiori, quelli che hanno dato la forma attuale alla chiesa, furono realizzati tra la fine dell'ottocento e il 1935. Il Santuario fu infatti allungato, alzato e sfiancato i a mo' di croce latina, fu costruita la facciata, decorata tutta la chiesa con stucchi affreschi e quadri ( tra i quali due opere del nostro concittadino Abramo Spinelli) e si pose mano al nuovo campanile.