Secondo un'antica tradizione, la Vergine sarebbe apparsa nella primavera del 1530 a tre pastorelle tra i rami di un olmo in un luogo solitario alla periferia di Thiene. Sul luogo dell'apparizione venne eretta una cappellina con l'immagine della "Madonna dell'Olmo", che divenne subito oggetto di venerazione popolare. Attualmente il santuario è custodito e curato dai frati cappuccini. La facciata della chiesa, rifatta nel 1910 su progetto dell’architetto Carlo Pasinati, ben si armonizza con il campanile in mattoni. All’interno molte sono le opere d’arte custodite come un affresco dipinto nel 1863 da Rocco Pittaco. Degni di nota anche le tele dell’Immacolata e della Visitazione opere di Giulio Carpioni (1613-1679) e nella cappella delle Apparizioni, sul lato destro, le due tele di San Gioacchino e Sant’Anna di Alessandro Maganza (1566-1630). Il grande mosaico del catino presbiteriale è opera del 1954 di Angelo Gatto. Collegato al santuario vi è il convento dei frati, edificato nel 1610 con il bel chiostro con al centro un antico pozzo. Il santuario è meta di continui pellegrinaggi e nelle feste principali i fedeli che partecipano alle celebrazioni sono migliaia. Oggi il Santuario, oltre che essere meta di pellegrinaggio, è divenuto anche importante sede di animazione ed accoglienza vocazionale rivolta in particolare ad adolescenti e giovani.