Pierwsze wzmianki o Bazylice Narodzenia Najświętszej Maryi Panny pochodzą z 1352 r., kiedy to Warmińska Kapituła Katedralna wydała akt lokacyjny. W XIV w. na wzgórzu nad rzeką Giłwą powstała pierwsza drewniana kaplica, której fundacja zbiegła się z założeniem parafii. W kolejnym stuleciu, podczas wojny polsko-krzyżackiej, świątynia została zniszczona, jednak już w następnym wieku wybudowano jednonawowy kościół w stylu gotyckim. Kościół ten wielokrotnie przechodził różne modernizacje. Pod koniec XVI w. świątynia została dostosowana do stylu renesansowego, a w okresie baroku wzbogaciła się o nowe ołtarze.
Najważniejszym wydarzeniem w historii sanktuarium były objawienia Matki Bożej w 1877 r., które uczyniły Gietrzwałd jednym z najważniejszych miejsc pielgrzymkowych w Polsce. Matka Boża, przemawiając po polsku do 2 dziewczynek, Justyny Szafryńskiej i Barbary Samulowskiej, podkreśliła znaczenie modlitwy różańcowej.
W wyniku wzrastającego ruchu pielgrzymkowego przeprowadzono gruntowną rozbudowę kościoła. Świątynia została powiększona, otrzymując kształt krzyża łacińskiego. Dobudowano nawę poprzeczną, prezbiterium z kryptą oraz nową, murowaną wieżę, zastępując tym samym wcześniejszą drewnianą konstrukcję. Całość zwieńczono elementami neogotyckimi.
