Preceduta da una piccola piazza che fa da sagrato, la chiesa presenta la sua facciata a sud, in stile neoclassico. Un pronao aperto a tre arcate verso la piazza con colonne e pilastri in granito di Baveno grigio e rosso. Sopra il pronao la facciata prosegue suddivisa da quattro gruppi di lesene e contro lesene in tre settori, quella centrale con finestra illumina internamente la chiesa. A coronamento, un cornicione che si innalza centralmente ad forma d’edicola. Sotto il pronao, protetto dallo stesso, troviamo il portale d’ingresso e le due finestre in pietra arenaria del XVI secolo.
Internamente la chiesa, con pianta a croce latina, presenta la prima navata con copertura di volta a botte ed è dotata di due cappelle laterali. Segue il transetto (dovuto all’ampliamento della chiesa iniziale) con cupola semisferica poggiante su quattro arconi; ai lati due cappelle di profondità differente. La cappella di sinistra con parete di fondo piana e volta a botte è dedicata alla Vergine Lauretana, La cappella di destra di profondità doppia e sempre volta a botte è dedicata (già presbiterio del santuario primitivo) è suddivisa in da lesene in due campate ed è coperta con volta a botte con alcuni affreschi del Loverini.
Il presbiterio, chiuso da inferriata come nei santuari, dopo un primo tratto a forma di navata si apre in un ulteriore e più ampio spazio coperto con cupola ottagonale. Al centro trova posto il grande altare maggiore, proveniente dalla chiesa dei Celestini; il paliotto non è originale di quest’altare, ma del primitivo del santuario. Dietro l’altare maggiore ed ai lati sono in opera tre banchi con schienale per il coro, sopra il centrale è in opera la cantoria in legno scolpito e dipinto con l’organo. A destra del presbiterio un’apertura immette nella sagrestia.
1603 – l santuario della Beata Vergine Addolorata venne eretto nel 1603 in seguito al’evento miracoloso del 18 agosto 1602 quando, in pieno giorno, alcuni raggi luminosi colpirono un affresco su un muro esterno, in parte guasto, restituendolo prodigiosamente a forme integre. L’11 luglio 1603 il vescovo di Bergamo mons. Giov. Battista Milani benediceva la prima pietra del Santuario, aperto al culto nel gennaio del 1605.
1615 – in adempimento ad un voto, gli abitanti di Pedrengo eressero l’altare della Madonna di Loreto nel transetto sinistro della chiesa. Sulla pala di autore ignoto sono rappresentati con la Vergine Lauretana anche le sante Caterina e Maddalena e i santi Evasio e Silvestro.
XIX – negli ultimi decenni del XIX secolo la costruzione fu notevolmente amplaita su progetti di don Antonio Picinelli e di Elia Fornoni. Vi operano gli artisti Ponziano Loverini, Giovanni Pezzotta, Giuseppe Riva, Nino Nespoli, Luigi Angelini e Attilio Nani.
1912 – venne costruita una nuova abitazione per il sagrestano
1916 – nel luglio del 1916, su progetto dell’ingegner Angelini, venne eretto sul retro del santuario il muro divisorio con la proprietà Finardi.
1961 – vennero rifatti pavimenti della chiesa.
1997 – viene rifatta la pavimentazione del sagrato.
1999 – importanti restauri sono stati eseguiti, all’interno e all’esterno in vista del IV centenario dell’Apparizione.
2014 – rifacimento incastellatura cella campanaria e aggiunta nuove campane