Laut der Legende hat der Priester Dietrich von Rickenbach bereits 1255 die erste Kapelle erbaut, nach einer Marienerscheinung. Diese Holzkapelle wurde 1268 zu einer Steinkapelle.
Die heutige barocke Wallfahrtskirche „Unserer lieben Frau“ entstand zwischen 1625 und 1632. Im 18. Jahrhundert kam das Pfarrhaus dazu, welches vom Kloster St. Blasien erbaut wurde, zu dem Todtmoos zu dieser Zeit gehörte. 1927 wurde die Kirche erneut erweitert und erhielt dabei einen neuen Turm und zwei neue Seitenschiffe.
Majestätische Barockelemente beeindrucken den Besucher im Kircheninneren und erzählen von der Bedeutung für die Ortsentwicklung. Für diesen Innenausbau im Barockstil wurden namhafte Künstler verpflichtet, u. a. auch aus der Wessobronner Schule, welche im 18. Jahrhundert maßgeblich die Stuckkunst in Süddeutschland, Tirol und der Schweiz dominierten.
An die lange Tradition von Todtmoos als Wallfahrtsort erinnern noch heute die historischen Wallfahrtsstände am steilen Aufstieg zur Kirche. Dort verpflegten sich in früheren Jahren die Pilger.
Durch die Kirche und das angrenzende Pfarrhaus finden regelmäßig Führungen statt.
