Il santuario di Santa Maria delle Grazie di Pietracupa viene considerato una della più equilibrate testimonianze di architettura religiosa minora poste nel contado fiorentino da collocarsi in quel filone manierista nato dalle esperienze di Giorgio Vasari e di Bernardo Buontalenti.
Verso la fine del XVI secolo era corsa la voce che l'immagine della Madonna conservata in un tabernacolo su un muro di una casa situata all'incrocio tra la vecchia strada regia Romana e la via di Panzano per Sicelle avesse realizzato delle guarigioni miracolose. Dopo che i miracoli vennero sottoposti ad un esame canonico si iniziò a pensare alla costruzione di un santuario, intanto il dipinto venne protetto da una tettoia e da un recinto. Si decise di realizzare il santuario in un terreno pianeggiante che venne concesso dai fratelli Naldi, che ne furono anche i patroni. Per l'erezione del santuario furono incaricati i pievani di San Donato in Poggio e di Campoli e il 17 settembre 1596 la costruzione della chiesa ebbe inizio.
La chiesa è un edificio ad aula unica al termine della quale nel presbiterio si aprono due cappelle laterali ed il coro posto oltre la parete terminale dietro l'altare maggiore. Sul lato sinistro è collocato il campanile a vela, che presenta un profilo slanciato ed è aperto da tre fornici su due livelli. Esternamente corre un portico con archi sorretti da pilastri ornati di paraste e coperto a tetto; si accede all'interno da un portale in facciata, affiancato da due finestrelle con inginocchiatoio in pietra, e da due portali più piccoli posti simmetricamente sulle pareti del presbiterio. L'insieme della chiesa appare secondo uno stile unitario risalente al XVII secolo. Molto ricca appare la zona del presbiterio dove domina la pietra serena con la quel sono stati realizzati gli arconi delle cappelle e le porte di accesso al coro. La copertura della navata è stata realizzata con cavalletti in legno mentre le cappelle sono coperte a volta. Molto accurata è anche l'illuminazione dell interno che prende luce dalla facciata, attraverso delle piccole finestrelle poste poste ai lati del portale, e dalle pareti laterali delle cappelle.
All'interno, in corrispondenza dell'altare maggiore, la sacra immagine della Madonna con il Bambino di Paolo Schiavo affresco inserito al centro di una tela del 1600 circa, realizzata dal Passignano con la rappresentazione dei Santi Pietro, Donato, Lorenzo, e l'arcangelo Gabriele, ai lati dell'altare sono due tabernacoli-reliquiari con le ante dipinte all'inizio del Seicento. All'altare laterale destro si trova la tela dei primi del XVII secolo raffigurante la Vergine che appare a san Carlo Borromeo mente nell'altare dalla parte opposta la tela della Crocifissione tra i Santi Girolamo e Francesco, opera firmata e datata 1609 di Cosimo Gamberucci; ai lati del presbiterio è collocata una coppia di angeli reggicandelabro in legno policromo della fine del Cinquecento. Nella cappella laterale sinistra si trova un urna di Pietro Bonaventura Gherardini datata 1742.