La chiesa fu menzionata per la prima volta nel 1488. È possibile che fosse stata menzionata ancora prima con il nome “Nostra Signora sotto il Carso" nel urbario nel 1350. Secondo il rapporto di visita pastorale del 1570 la chiesa a quel tempo vantava tre altari e presso ad essa operava la Confraternita di Maria, il che testimonia la sua importanza. Per un breve periodo nel XVIII secolo il luogo fu dimora di eremiti. In questo secolo, nel periodo in cui Peter Marušič era parroco a Merna, furono eretti la Via Crucis, la Scala santa e il Calvario, e il numero di pellegrini iniziò ad aumentare. Nel 1765 si stabilirono a Grad i cappellani, ma dopo le riforme dell’imperatore Giuseppe II la loro presenza non fu costante. Nel 1866 con le offerte dei pellegrini il parroco di Merna Janez Elersič fece costruire un santuario più grande. La nuova chiesa, delle stesse dimensioni della chiesa attuale, fu consacrata alla Madonna Addolorata. Nel 1913 subentrarono nell'amministrazione della chiesa i lazzaristi.

Purtroppo, durante la prima guerra mondiale la chiesa fu completamente distrutta. Dopo la guerra il parroco Oskar Pahor provvide alla sua ricostruzione su progetto di Umberto Cuzzi. Durante la seconda guerra mondiale la chiesa fu nuovamente danneggiata. I lazzaristi iniziarono la sua ricostruzione nel 1955, ma fu consacrata solo nel luglio 1986.

Oggi il santuario, costruito in stile neoromanico su basi basilicali, è tra i maggiori nella Diocesi di Koper (Capodistria). Il primo progetto per l'altare principale venne fatto dall'architetto Ivan Vurnik e fu terminato nel 1963 su progetto di Tone Kralj. Tra le opere di Kralj vi sono anche la statua della Madonna Addolorata sull'altare principale e i dipinti nella chiesa: la via crucis nelle lunette delle navate laterali e i misteri del rosario sulle pareti del cleristorio, restaurati con la tecnica a fresco da Lojze Čemažar nel 1986. Sotto il coro si trova il confessionale ideato nel 2005 dall'architetto Boris Podrecca. La facciata della chiesa è ornata dalla figura della Madonna Addolorata, realizzata in vetro da Oskar Kogoj su disegno di Tone Kralj. Nel campanile sinistro si trovano quattro campane, consacrate nel 1987.