Situato nell'omonima crêuza (salita della Madonnetta), posta a mezza costa fra i quartieri di Castelletto e Righi (raggiungibile con la funicolare Zecca-Righi, fermata Madonnetta), prende il nome da una statua in alabastro della Madonna donata nel 1650 dal mercante savonese Giambattista Cantoni e ricoverata dal predicatore Carlo Giacinto di Santa Maria sul poggio in cima al quale fu poi costruito, in stile barocco, il santuario.

Edificato tra il 1695 e il 1696 per i frati agostiniani scalzi dall'architetto imperiese Giovanni Antonio Ricca detto il Vecchio (che dopo la consegna del lavoro divenne egli stesso frate agostiniano), il santuario è caratterizzato da un sagrato ottagonale pavimentato a rissoeu (ciottoli bianchi e neri) disegnato nel 1732 da Bartolomeo Storace.

L'interno, a navata unica, presenta una forma vagamente ovale, ma anch'essa ottagonale, come pure a pianta ottagonale è lo scurolo (cripta), ospitante l'altare con la sovrastante statua in alabastro della "Madonnetta" copia dell'omonima statua del Duomo di Trapani. Lo stile a pianta ottagonale indica la Resurrezione di Cristo, simboleggiata dall'ottavo giorno, quello appunto della Resurrezione; La navata ha sei cappelle laterali, tre per lato, ed è unita al presbiterio (sopraelevato per la presenza della cripta) da due rampe di scale.

La chiesa è impreziosita dagli affreschi realizzati nel 1697 da Bartolomeo Guidobono che dipinse l'Incoronazione della Vergine sulla volta dello scurolo, e la Cena in Emmaus

Del corredo artistico fanno anche parte la statua Madonnetta proveniente dalla scuola dello scultore Giuseppe Gaggini (1791-1867) e la Pietà, gruppo ligneo di Anton Maria Maragliano (1733); il dipinto Gesù e i Santi Giacomo e Giovanni di Giovanni Battista Paggi (1620); la tavola cinquecentesca con L'Annunciazione e l'Assunta, piccola tela di Guidobono (queste ultime poste in sacrestia).

Il santuario è sede permanente di un prestigioso presepe genovese, visibile tutto l'anno, animato da una ottantina di statuine di scultori del passato raffiguranti sia persone del popolino intente ad adempiere alle mansioni quotidiane sia nobili a passeggio.