Según la leyenda, un pastor encontró la imagen de la Virgen un día de invierno debajo de unos rosales floridos y decidió llevársela a su casa. La imagen, sin embargo, volvió tres veces al mismo lugar en el que había sido encontrada. Finalmente, los andorranos decidieron construir ahí una capilla.

En 1873, el Consejo General de los Valles la declaró patrona del país. El 8 de septiembre de 1921 fue coronada de forma solemne. A partir de entonces, ese día se celebra la fiesta nacional del Principado.

El santuario original era de estilo románico y fue reformado por completo en el siglo XVII. En 1972, el santuario se incendió, quedando destruido por completo. En el incendio desapareció también la talla románica de la Virgen, la más antigua del Principado, que hasta ese momento se veneraba. Se encargó la construcción de un nuevo santuario al arquitecto español Ricardo Bofill Levi.[1]​[2]​

El edificio tiene una mezcla de estilos y pretende fusionarse con el paisaje que le rodea.[3]​ El nuevo edificio se inauguró en 1976.[1]​ En su interior se continúa venerando una réplica de la talla románica de la Virgen que fue destruida en el incendio.[2]​

El santuario fue declarado Basílica Menor el 13 de mayo de 2014 por el papa Francisco, cuando se cumplían exactamente cien años de la declaración pontificia de la Virgen de Meritxell como patrona principal de los Valles de Andorra, en tiempos de san Pío X.[2]​[4]​