Die Wallfahrt hat in Heiligenbronn eine mehr als 600-jährige Tradition. Die Wallfahrtskirche St. Gallus allerdings wurde erst 1873 eingeweiht – sie ist im schlichten franziskanischen Stil errichtet. Ein Blitzschlag hatte 1869 die frühere Wallfahrtskirche so stark beschädigt, dass sie abgerissen werden musste. Doch der damalige Pfarrer und Gründer des Franziskanerinnen-Klosters Heiligenbronn, David Fuchs, ließ sich von diesem Rückschlag nicht entmutigen.
Zentraler Bestandteil der Wallfahrtskirche St. Gallus ist das in Holz geschnitzte Gnadenbild mit der schmerzhaften Mutter Gottes, das bereits im Jahr 1442 aufgestellt worden war. In der Krypta unter dem Gnadenbild fließt der „Heilige Bronnen“, heute noch Sinnbild für die Quelle des Lebens. Zu dieser Quelle pilgern Wallfahrer, kranke und gläubige Menschen, seit Mitte des 14. Jahrhunderts, weil sie sich eine heilbringende Wirkung erhoffen. Motivtafeln am Eingang zur Krypta zeugen von dem Glauben an die Fürsprache Mariens.
Der Kirchenraum ist geprägt durch die Holzbildhauerarbeiten von Karl Rieber, Professor an der Kunstakademie München. Das aus Eichenholz gemeißelte Abendmahl beherrscht Hochaltar und Kirche. Von Rieber stammen auch die Darstellungen am Altar der Gnadenkapelle und der Entwurf für das Halbrelief des heiligen Antonius. Die Madonna auf dem linken Seitenaltar ist das frühere Gnadenbild des Klosters Urspring bei Schelklingen. In der Gnadenkapelle sind Freskomalereien des gehörlosen Künstlers Paul Hirt zu sehen, der auch die Glasfenster des Chorraums der Kirche entworfen hat.
Die Wallfahrtskirche St. Gallus ist Mittelpunkt des Klosters Heiligenbronn. 1856 ließ Ordensgründer David Fuchs in der Nähe der Kirche ein Waisenhaus errichten, um „verwaisten, verwahrlosten hör- und sehgeschädigten Kindern Herberge und Heim zu bieten“. Die Leitung übertrug er Schwestern des Dritten Franziskanischen Ordens. 1935 hatte die Gemeinschaft der Franziskanerinnen den Höchststand von 323 Professschwestern erreicht. Seit 1991 ist die Stiftung St. Franziskus für die vielen verschiedenen sozialen Angebote im Stadtteil Heiligenbronn verantwortlich.