La preziosa collezione degli ex voto di Madonna giunta fino a noi, per la maggior parte composta da tavolette dipinte, conta 353 pezzi compresi nell'arco di tempo che va dal 7 maggio 1486 al 1893. Vi sono anche due piccole tele, datate 1617, di mano non popolare, che ripetono la rappresentazione del miracolo di Stefano Cavaccione e quello della nobildonna Angiola Romana.
Accanto ad essi sono esposti inoltre piccoli gioielli, cuori d'argento o ricamati ed oggetti più disparati, crudi testimoni delle passate malattie o degli scampati pericoli. Essi testimoniano che anche a Madonna, sparso per tutta la chiesa, era presente quel variopinto universo degli ex voto che fin dai tempi antichissimi gli uomini hanno accumulato nei luoghi sacri per una esigenza di testimoniare una speranza o ancor più spesso per tramandare la certezza di un sopravvenuto miracolo.
Possiamo immaginare che i devoti portassero gli ex voto al santuario durante un'apposita visita di ringraziamento, oppure in occasione di una delle tre grandi feste annuali della Vergine: l'Annunciazione, l'Assunzione e la Natività, durante le quali erano peraltro previste apposite cerimonie di accoglimento dei voti.
