Il Santuario della Beata Vergine del Castello venne costruito per custodire e venerare l’immagine della Madonna con Bambino, affresco quattrocentesco su muro, in origine forse frammento di una Maestà con Santi, posto, secondo la tradizione, sull’arco della porta meridionale del castello di Fiorano.
Alla protezione dell'immagine furono attribuiti nei secoli diversi eventi miracolosi, che hanno risparmiato nel tempo il borgo di Fiorano da incendi, assalti e pestilenze.
La devozione popolare portò alla costruzione nel 1630 di un oratorio sul colle entro le mura castellane, poi, nel 1634, del Santuario.
Il duca Francesco I d’Este fece erigere il Santuario come completamento della Delizia Estense di Sassuolo, su disegno di Bartolomeo Avanzini, architetto romano autore del complesso del Palazzo Ducale: la Delizia Estense è collegata al Santuario da un percorso prospettico che vuole unire visivamente il potere temporale al potere religioso.
Il Santuario, intitolato nel 1933 a Maria “Mediatrice di tutte le Grazie”, venne elevato al titolo di Basilica Minore nel 1989.