Narra la tradizione che un giovane ,nel 1286, entra nel bosco di Covignano, scorge un albero che gli suggerisce di scolpire una statua della Madonna. Sempre secondo la stessa tradizione la statua sarebbe stata messa, su invito della Madonna, su una barca senza nessuno a bordo che muovendosi spontaneamente è approdata a Venezia di fronte alla Chiesa di S. Marziale. Ancora oggi la statua è conosciuta come la Madonna di Rimini.
I riminesi costruiscono una cappella per ricordare l’evento; non esistono però più tracce.
Nel 1391 fu costruita la chiesa di destra dell’attuale Santuario, in stile gotico e a forma rettangolare; fu costruito ugualmente il campanile.
Nel 1396 il servizio liturgico fu affidato ai frati del convento di S. Francesco di Rimini.
All’inizio del 1400 fu fatto il soffitto a carena di nave. Nello stesso periodo Ottaviano Nelli di Gubbio dipinge la tela dell’Annunciazione.
Nel 1416 i Frati Minori conventuali sono sostituiti dai Frati Minori osservanti nel servizio al Santuario.
Nel 1431 la chiesa fu dedicata dai Vescovi di Rimini e di Montefeltro.
Nel 1578 fu costruita la seconda chiesa, quella di sinistra, unendola alla prima attraverso l’apertura di archi. Al centro del nuovo edificio fu posta la tela dell’Annunciazione di Ottaviano Nelli. Nello stesso tempo furono costruite le cappelle del Crocifisso e di S. Antonio e fu costruito il portico a capanna per collegare le due chiese.
Vista l’importanza che stava assumendo la nuova chiesa, viene trasferito in questa il prezioso soffitto ligneo.
All’inizio del 1600 tutta la chiesa fu affrescata.
Nel 1661 fu costruita la terza cappella, oggi dedicata a S. Francesco.
Il terremoto del 1786 distrusse quasi completamente la chiesa di sinistra e buona parte del convento; fu necessario ricostruirla ma nello stile del tempo, lo stile barocco.
La struttura subì due soppressioni (1808 e 1866).
Verso la fine della seconda guerra mondiale, sul colle Covignano, nei locali del convento fu alloggiato il comando tedesto; a Covignano finiva la linea gotica.
Nel settembre 1944 il santuario e il convento furono bombardati e della chiesa quattrocentesca rimane solo la facciata.
Le attività svolte nel Santuario sono l’accoglienza dei pellegrini, le celebrazioni liturgiche e la presenza continuativa nel Santuario per il sacramento della riconciliazione nei giorni feriali (9,00 -12,00 e 15,00 -17,00). Non è il classico santuario dei grandi numeri, di massa. I riminesi salgono sul colle Covignano alla spicciolata, quasi ininterrottamente, per un saluto alla Beata Vergine, per la riconciliazione o per la direzione spirituale. Non è il Santuario mariano della Diocesi, ma è conosciuto come il Santuario dei riminesi.