Vers le milieu du XIXe siècle, la chapelle royale de Marguerite de Valois s'avérant trop petite, il a été décidé de construite cette basilique de style gothique. En 1854, une partie de l'ancienne église fut détruite et le 13 avril 1854, jeudi saint, la première pierre de la basilique fut posée.
Un an plus tard seulement, le chœur, les chapelles environnantes, les sacristies et le transept étaient construits. Le 30 avril 1855, Mgr de Vesins bénissait cette première partie du monument. La basilique fut achevée en 1859 et fut consacrée le 11 septembre 1859 par le cardinal Donnet, archevêque de Bordeaux. Son clocher fut ajouté en 1865.

Les travaux suivant l'incendie du chœur en 1971, les vestiges de la chapelle royale de 1607 furent mis à jour.

Une Vierge-reliquaire abritant la statuette de la légende se situe au-dessus du tabernacle.