Edificata a partire dal 1722, in sostituzione dell’antica chiesa di Santa Maria della Stella distrutta dal terremoto del Val di Noto del 1693, fu aperta al culto nel 1741. Durante il lungo frangente post – terremoto, la parrocchia trovò sede provvisoria presso la chiesa di San Pietro, successivamente nella chiesa di Sant’Antonio di Padova, poi nella chiesa di Sant’Antonio Abate.
La costruzione dedicata alla Madonna della Stella, patrona principale della città, è collocata in cima ad una scenografica scalinata e presenta un’armoniosa facciata barocca ricca di intagli affiancata da una poderosa torre campanaria. Il disegno del prospetto si deve all’architetto Giuseppe Ferrara da Palazzolo Acreide, attivo nel Val di Noto negli anni del dopo terremoto, i pregevoli stucchi settecenteschi che decorano l’interno sono invece dell’agrigentino Onofrio Russo, allievo del celebre Giacomo Serpotta. Gli eleganti pilastri e le arcate interne presentano lo stesso profilo di quelli della coeva chiesa del Santissimo Crocifisso di Noto.
Nel 1783, l’anno del terremoto della Calabria meridionale, la festa patronale fu resa particolarmente solenne, arricchendola di splendide manifestazioni religiose e d’intrattenimento, per ringraziamento alla Vergine di aver preservato la città dalla furia distruttrice del sisma. A causa del terremoto di Messina del 1908 il tempio fu temporaneamente chiuso al culto. La sede parrocchiale ospitata dapprima presso la chiesa del Santissimo Sacramento al Circolo, quindi nella chiesa di San Domenico. L’edificio fu riparato a partire dal 1909.
Nel 1929 accanto alla chiesa sorse la canonica, ricavata dall’abbattimento della chiesa di Sant’Antonio Abate.
L’11 ottobre 1969, con decreto di Carmelo Canzonieri, vescovo di Caltagirone, la basilica è elevata alla dignità di santuario mariano.
Dopo il sisma del 13 dicembre 1990, altrimenti noto come terremoto di Santa Lucia, la chiesa è stata sottoposta a lunghi lavori di consolidamento strutturale e restauri.
Il 28 giugno 2002 il monumento è stato inserito da parte dell’UNESCO nella lista dei patrimoni dell’umanità.