Secondo la tradizione, fu innalzata nel 639 da San Magno di Oderzo a cui era apparsa la Vergine dalla vaga forma, la quale gli indicò tale luogo per l'erezione della chiesa a lei dedicata. La sua realizzazione venne finanziata dalla famiglia patrizia Tribuno, e prese il nome di Purificazione della Beata Vergine. Ma già da allora prese l'attuale nome per la vaga forma della Madonna apparsa al Santo. Ovviamente questa è un insieme di storia e leggenda, perché i primi documenti scritti risalgono al 1060.

Mauro Codussi costruì sulla croce greca originaria, la pianta latina a tre navate, con presbiterio, absidi semicircolari e grandi cappelle sui fianchi delle navate minori. Successivamente vennero aperti degli ingressi laterali sulle testate del transetto, da cui vennero ricavate due cappelle e la sacrestia. All'interno venne ripreso il tema brunelleschiano delle membrature architettoniche in pietra grigia che risaltano sugli intonaci bianchi.

Il Codussi morì nel 1504 senza finire la sua opera. Più tardi la famiglia Cappello nel 1542 finanziò la costruzione di entrambe le facciate: la prima, quella che dà sul rio, è in stile classico; la seconda, sul campo, è barocca 1604. Sulla prima facciata del 1542, la famiglia Cappello decise di porre un monumento funebre all'ammiraglio Vincenzo Cappello, morto nel 1541, mentre la seconda facciata ospita le tre statue di altri membri della famiglia Cappello.

Il campanile in stile barocco è del 1688. Venne iniziato e progettato dal sacerdote Francesco Zucconi nel 1611. Sulla porta d'ingresso del campanile è stata posta una testa grottesca, perché si credeva potesse difenderlo dall'ingresso del demonio, che si divertiva a suonare le campane.

All'interno della chiesa si possono trovare opere di grande rilievo. Il Trittico della Misericordia del pittore muranese Bartolomeo Vivarini è del 1473 è collocato nella prima cappella di destra. Ed è considerato uno dei migliori presenti nella struttura. Il Trittico prevede la Vergine della Misericordia, L'incontro di Gioacchino ed Anna, la Nascita della Vergine, tecnica della tempera all'uovo. I dipinti Santa Barbara e quattro santi, Vincenzo Ferreri, Sebastiano e Antonio Abate sono opere di Jacopo Negretti detto Palma il Vecchio 1523. Di Jacopo Palma il Giovane Madonna in pietà e San Francesco D'Assisi del 1604. Vi si conservano dipinti della scuola di Giovanni Bellini

Al primo piano dell'oratorio una Madonna con Bambino e San Domenico di Giambattista Tiepolo e commissionata dalla Scuola dei Bombardieri, del 1760. Dipinti minori, non per bellezza: Natività di Maria di Antonio Falier XVI secolo; contemporaneo Ultima cena di Leandro Bassano.