La chiesa apparteneva all'attiguo Convento delle Clarisse già dal XIV secolo; ingrandita e rifatta in veste neoclassica a metà dell'Ottocento, all'interno si possono ammirare i gradevoli affreschi della cupola ad opera del concittadino G. Bilancioni e sull'altare maggiore una splendida immagine della Madonna. L'opera, a olio su tela,  fu eseguita dal pittore riminese Giuseppe Soleri Brancaleoni nel 1796, che ne fece dono alla sorella clarissa suor Chiara.
L’11 maggio 1850 avvenne il fatto prodigioso del movimento degli occhi della Vergine, evento che si replicò più e più volte e per il quale si venera l’immagine della Madonna della Misericordia. L'immagine è circondata da una raggiera di legno dorato in cui due angeli sostengono l’artistica cornice in oro, argento e pietre preziose, contenente la tela, dono del Papa Pio IX. Egli stesso volle che fosse incoronata il 15 agosto 1850, dopo aver fatto svolgere regolare processo, durante il quale Cardinali, Vescovi, uomini illustri per scienza e comuni fedeli asserirono  tutti concordemente la realtà del prodigio.

Secondo la tradizione popolare, San Francesco avrebbe sostato nel luogo dove poi sorse il Convento delle Clarisse che, in epoca assai più tarda - dicembre 1655 - ebbe l'onore di ospitare per un giorno anche la regina Cristina di Svezia.