L’histoire du sanctuaire remonte au Xe siècle[2]. En 1300 — année du premier jubilé —, le pape Boniface VIII le qualifie dans une bulle[Laquelle ?] de « Sanctuaire Céleste », et en fait un lieu de pèlerinage[2].
En 1428, l’église est incendiée lors des raids menés par l’Église hussite[2] ; il est dit que la statue de la Vierge Marie présentée sur le maître autel, qui date environ du XIIIe siècle, aurait survécu à l’incendie[2]. L’église est reconstruite en briques avec une fortification extérieure[2], puis agrandie aux XVIe et XVIIIe siècles, avec un intérieur baroque et rococo[2].
Le sanctuaire reste attaché au catholicisme même entre 1618 et 1622, alors que le powiat (district) de Kłodzko bascule dans le protestantisme à l’occasion de la guerre de Trente Ans[2] ; l’église est cependant pillée en 1620[2]. En 1660, des reliques de sainte Catherine d’Alexandrie sont apportées dans le sanctuaire, et l’église lui est dédiée[2]. En 1713, la peste touche la région, mais aucun cas n’est recensé à Stary Wielisław, amplifiant le phénomène de pèlerinage[2].
Au XXe siècle, le sanctuaire est visité par le cardinal Stefan Wyszyński[2] après sa sortie de prison[Quand ?], et à deux reprises par le futur pape Jean-Paul II — alors qu’il est aumônier des étudiants de Cracovie, puis en tant qu’archevêque de Cracovie[2]. Ces trois évènements sont depuis commémorés par une plaque à l’entrée de l’église[2].
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