La chieda custodisce il corpo della fanciulla, martire della purezza, ragazza ubbidiente ed assennata, dedita alla famiglia e ligia al dovere. Il suo unico proposito nella vita era quello di diventare più buona e vicina a Dio, un impegno che mantenne fino alla morte che avvenne, a soli 12 anni, per mano di Alessandro Serenelli.
La chiesa fu edificata alla fine del lungomare Matteotti, lungo la costa, e nell'agosto del 1970 fu elevata da papa Paolo VI a basilica minore.
L'edificio, che risale al XVI secolo, è stato realizzato sul posto in cui precedentemente sorgeva una chiesetta dedicata all'Annunziata (detta anche di san Rocco). Ospita appunto la cripta di santa Maria Goretti e la statua lignea di Nostra Signora delle Grazie.
Secondo la tradizione detta statua approdò sulle coste di Nettuno nel 1550, a bordo di un'imbarcazione che proveniva dall'Inghilterra, conseguentemente allo scisma anglicano, periodo in cui gli edifici cattolici venivano confiscati e le statue presenti in essi, distrutte.
Fu grazie ad alcuni marinai, che decisero di portare a bordo le statue della Madonna delle Grazie e di altri santi su un' imbarcazione diretta a Napoli per salvarle dalla distruzione imminente.
A causa di un violento temporale la nave approdò invece a Nettuno. Questo episodio venne interpretato come segno della volontà della Madonna: le sculture, rimasero pertanto lì, dove sono tuttora conservate.
Il santuario è stato sottoposto, nel corso dei secoli, a due importanti restauri; un nel 1718 e un altro nel 1868.
La vicinanza al mare ha ovviamente portato diversi danni al complesso, dovuti all'erosione del vento e alla salsedine; la basilica venne infatti chiusa per alcuni anni fino al 1914, quando venne presentato un nuovo progetto, su richiesta dei Padri Passionisti e finanziato dall'allora papa Pio X.
Nel 1960 venne ultimato il disegno del porticato del sagrato, ma, nuovamente, nel 1966 la chiesa fu dichiarata pericolante e nuovamente inaccessibile al pubblico. Il luogo sacro fu riaperto nel 1969.
Gli abitanti di Nettuno sono molto devoti alla Madonna e a Santa Maria Goretti, la dodicenne brutalmente uccisa e canonizzata nel 1950 da Pio XII.