Fondata nel 1602 per volontà del granduca Ferdinando I de’ Medici, la Basilica della Madonna della Fontenuova è il cuore di Monsummano Terme e sorge sul luogo di un antico tabernacolo, inglobato nell’altare maggiore. Il tabernacolo contiene un affresco che rappresenta la Madonna col Bambino e quattro Santi al quale sono stati attribuiti vari miracoli. Secondo la tradizione, il 7 luglio del 1602 un sacerdote pregò la Madonna di porre fine alla siccità che affliggeva il territorio ed ecco che una fonte scaturì poco lontano dall'immagine venerata. Fu dopo questo episodio che il granduca Ferdinando I decretò la costruzione del santuario, incaricando del progetto Gherardo Mechini, già impegnato nei lavori della Villa Medicea di Montevettolini. Il 30 dicembre di quello stesso anno il principe Cosimo II pose la prima pietra del Santuario i cui lavori di costruzione terminarono nel 1605.
L’edificio, di rara eleganza e sobrietà compositiva, riveste grande interesse per la sua omogeneità stilistica e per l’armonica continuità tra la struttura architettonica e i preziosi apparati decorativi. Di tradizionale impianto a croce latina, la chiesa, a una sola navata, è circondata su tre lati da un portico dal quale, scendendo una ripida scala, si accede alla fonte. Il bel portale d’ingresso alla chiesa è stato intagliato dal legnaiolo pistoiese Giovanni Desideri, autore anche del ricchissimo soffitto ligneo della navata.
Sotto il loggiato si possono vedere le quattordici lunette affrescate, eseguite, tra il 1630 ed il 1633, dal pittore Giovanni Mannozzi da Sangiovanni, che Narrano la storia del Santuario e dei miracoli della Vergine della Fontenuova.