La ciudad edificó este santuario entre 1667 y 1672, con el fin de acoger la imagen de la Virgen aparecida junto al río. La Virgen del Río es, desde entonces, la Patrona de Tarazona, celebrándose su festividad el día 7 de noviembre.

El edificio, de estilo barroco, está realizado en sillería y ladrillo, con la fachada y la puerta a los pies de la iglesia. Su planta consta de una sola nave de tres tramos, con capillas entre los contrafuertes, crucero y cabecera plana. La nave central, brazos del crucero y cabecera se cubren con bóveda de cañón con lunetos; las capillas laterales tienen cúpulas con linterna y el crucero se cubre con cúpula sobre pechinas. El escudo de la ciudad se reitera en la decoración, dejando constancia del patrocinio del Santuario.