Sul sito sin dal V secolo esisteva un capitello, probabilmente con l'immagine di Maria Vergine detta di San Luca. Pochi secoli dopo venne eretto un primo tempio per permettere ai fedeli di seguire le funzioni religiose senza doversi recare alla basilica che si trovava sulla sponda a sud del Po. Verso la fine del XV secolo fu necessario ricostruire la chiesa, che versava in cattive condizioni. Le direttive partirono da Ercole I d'Este e vennero chiamati all'opera Biagio Rossetti, Ercole de' Roberti e Bartolomeo Tristano. Il nuovo tempio, ormai trasformato in basilica, venne consacrato nel 1518 nel giorno dell'Annunciazione di Maria Vergine. Nel 1594 Alfonso II d'Este diede l'incarico ad Alessandro Balbi di costruire un piccolo tempietto dentro la basilica, per dare maggior rilievo al sito miracoloso.

L'interno è riccamente decorato ed è suddiviso in tre navate. La pianta comprende il transetto e l'abside. Sull'altare maggiore si trova la pala raffigurante l'Annunciazione opera di Camillo Filippi, padre del Bastianino, datata non oltre il 1560. Principale realizzatore dei dipinti che decorano i soffitti della navata centrale, del transetto e del coro è stato il pittore ferrarese Carlo Bononi coadiuvato da Giulio Cromer nella Presentazione al tempio di Maria. Teleri di Domenico Mona decorano il presbiterio. Nel catino absidale è raffigurata la Gloria del Santo Nome, sempre di Carlo Bononi dipinta a olio su intonaco tra il 1616 e il 1621.