La pittura fissata su tavola, alquanto deteriorata dal tempo, risente dell'arte bizantina, e nella forma attuale risale probabilmente al sec. XII, o prima metà del sec. XIII. L'immagine nasconde sotto un'altra effigie, molto più antica, probabilmente del sec. X: certamente prima del mille. Da piccoli saggi operati si è potuto rilevare la primitiva pittura, i cui colori sono molto belli, più intensi e brillanti. L'immagine annuncia uno stile diverso più perfetto dell'attuale. Secondo la tradizione, comune a molte altre immagini, sarebbe stata dipinta da San Luca. La Vergine in espressione dolce, un po' severa e alquanto mesta, ha uno sguardo penetrante e profondo, che colpisce il devoto. Il Bambino, meno visibile perché nascosto dal frontale, è solenne e maestoso e benedice in atto ieratico, con la destra alzata e le dita unite alla maniera bizantina.
Fra le molte immagini della Vergine, venerate dalla cattolicità, questa di San Luca, a detta dei competenti, è una delle più belle e devote. Si può ricordare quanto viene asserito circa un giudizio sulla nostra Madonna, che sarebbe stato espresso da Santa Bernardetta Soubirous, la fanciulla che varie volte vide la Madonna a Lourdes e parlò con Essa. Vennero presentate alla veggente varie immagini delle più celebri raffigurazioni della Madonna: la Santa soffermandosi su quella del nostro santuario avrebbe esclamato "Questa assomiglia!".
Il cardinale Domenico Svampa nel 1898 fece compiere una ricognizione della sacra effigie e dispose che venissero eseguiti alcuni restauri. Il cardinale Giacomo Lercaro, nel 1955, permise una seconda ricognizione e consentì altri restauri necessari. L'immagine è ricoperta da un prezioso frontale, di argento, che sostituisce l'altro cesellato dal fiammingo Jan Jacobs di Bruxelles nel 1625. Su di esso sono sistemati donativi di grande valore, offerti alla Madonna; una croce di brillanti con relativo anello, dono del cardinale Viale Prelà, l'anello di Pio IX, l'anello del cardinale Svampa, e molti altri.
Sopra l'immagine, sostenuta da due angeli, è collocata la corona di Pio IX.