Il santuario Mariano Diocesano, che si affaccia sul Belvedere, fondato nel XVII, ospita il Quadro della Madonna, opera di un artista di cultura toscana, attento alle tematiche giottesche e la cui attività è da porre entro la seconda metà del XIV secolo. La pittura, realizzata con la tecnica della tempera all'uovo, raffigura una Madonna incoronata in trono con Gesù Bambino in piedi sulle sue ginocchia, che tiene nella mano sinistra un plico. San Francesco, invece, con la mano destra indica una figura (che inizialmente si credeva fosse un secondo figlio di Maria o un angelo, ma in seguito si scoprì che si tratta del committente), inginocchiata ai suoi piedi in atteggiamento di preghiera. È molto probabile che il quadro sia giunto ad Altavilla attraverso scambi commerciali, contrariamente alla miracolosa provenienza dal mare antistante sostenuta dalla tradizione popolare locale la quale racconta che il quadro sia arrivato grazie ai pirati saraceni che, avendo difficoltà nel navigare verso Capo Zafferano, attribuirono l’impedimemto all’immagine sacra che colpirono diverse volte con le sciabole prima di gettarlo in mare. Resta valida l'ipotesi che lega l'opera al marchese Francesco Maria Beccadelli di Bologna: è infatti plausibile che egli abbia voluto collocare nella cappella annessa al proprio palazzo un'immagine di famiglia in cui erano raffigurati i suoi due santi eponimi, Maria e Francesco. Nella prima metà del XIX secolo la figura della Madonna è stata ricoperta da una rizza d'oro, adorna di grosse pietre preziose incastonate, tra le quali smeraldi, rubini, zaffiri e topazi, dalle dimensioni notevoli che la rese simile alla Madonna di Loreto (tale copertura è stata rimossa anni fa durante l’opera di restauro che operò anche tramite radiografie, tra le quali una portò alla luce che vi era un dipinto al di sotto delle coperture preziose). Il Santuario è arricchito da pregiate tele del Bagnasco, i recenti affreschi del Bonanno e numerose statue. Il Santuario è meta di pellegrinaggio, soprattutto durante la festa patronale dei giorni 6, 7 e 8 settembre. Nel 2000 è stata installata nel santuario una porta monumentale in bronzo di Vincenzo Gennaro.
La cupola di Bonanno