La chiesa, a navata unica e con una pianta a croce latina, conserva tre altari con opere d’arte di interessante fattura. La cappella centrale ha l’altare di marmo sopra il quale si erge la venerata effige della Vergine in adorazione davanti al suoo figli Gesù, di autore ignoto. Nel soffitto è dipinta, su tela, l’Immacolata, opera di Gian Battista Carrer, pittore formatosi all’Accademia di Venezia, vicino alla famiglia Albrizi i quali gli commissionarono alcune opere anche nell’antica chiesa parrocchiale di Santrovaso. 
Nelle cappelle laterali, gli affreschi danneggiati dal tempo, furono sostituiti nel 1943 da due dipinti: quello nella cappella del transetto destro raffigura i Patroni d’Italia San Francesco e Santa Caterina ai piedi del Crocifisso, e l’altro a sinistra rappresenta Santa Margherita Alacoque e il Beato De La Colombiere in ginocchio davanti all’immagine di Gesù in atteggiamento di mostrare il suo cuore. Entrambe le opere furono eseguite da una monaca visitandina del monastero delle Corti di Treviso. I due cori laterali risalgono a dopo il 1945, per facilitare la preghiera della comunità religiosa delle suore. Ai due transetti laterali vanno ad unirsi i due campanili gemelli che adornano il santuario dall’esterno.
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