W XIX wieku Studzieniczna stała się popularnym miejscem pielgrzymek. Czyniono więc starania o postawienie nowej kaplicy. W 1871 zbudowano fundamenty, oparte na 64 drewnianych palach wbitych w ziemię, połączonych kratowaniem z bali i wzmocnionych brukiem kamiennym. Właściwa murowana kaplica została wybudowana w 1872 przez inżyniera Kanału Augustowskiego Ludwika Jeziorkowskiego. Pod koniec XIX w. została usypana grobla łącząca wyspę ze stałym lądem. W 1908 powstał drewniany ołtarz i zakupiono do kaplicy fisharmonię. 17 września 1995 r. kard. Józef Glemp, prymas Polski, dokonuje koronacji obrazu Matki Bożej StudzienicznejGrzegorz Polak, Święte, świętsze, najświętsze. Przewodnik po sanktuariach w Polsce. AGORA S.A., Warszawa 2013. str. 307; . W czerwcu 1999 sanktuarium w Studzienicznej i kaplicę odwiedził papież Jan Paweł II. Obok kaplicy znajduje się pomnik upamiętniający to wydarzenie.
Kaplica ma formę ośmiokątnej rotundy. Stylistycznie nawiązuje do architektury renesansowej. Uwieńczona jest niewielką sygnaturką.