En el año 1010, el sacerdote de Ivorra, Bernat Oliver, estaba celebrando la misa en la Parroquia de Santa María de Ivorra, situado a escasos mil metros de la población. En el momento de la consagración dudó de la presencia de Jesucristo en la Eucaristía y en aquel momento se produce el prodigio: el vino que contenía el cáliz se convierte en sangre y se derrama sobre el mantel del altar, llegando hasta el suelo. Ante el asombro de los presentes, unas mujeres que hilaban a la puerta de la iglesia entran y con las estopas que llevaban en las manos recogen la sangre procedente del cáliz.

San Ermengol, que fue obispo de Urgell desde el año 1010 hasta 1035, se hallaba en la vecina población de Guissona y rápidamente lo avisaron de lo que había pasado en Ivorra. Enseguida se personó, recogió el cáliz y los manteles llenos de aquella sangre y las llevó a Roma. El papa Sergio IV, después de oir el relato del obispo Ermengol, firmó una Bula pontificia certificando que se trataba de un verdadero milagro, guardó para sí el cáliz y dió a Ivorra una serie de reliquias, concediendo al pueblo privilegios para la Cofradía de Santa María de Ivorra que San Ermengol había fundado. Aquellas reliquias, junto con una parte del mantel manchado de sangre y el documento pontificio, fueron colocadas bajo el altar mayor de la iglesia parroquial de Ivorra dedicada a Sant Cugat, inaugurada el año 1055 por el obispo Guillem de Urgell.

En cuanto a la Cofradía de Santa Maria de Ivorra, se conserva un pergamino del siglo XIV con una copia de las constituciones de San Ermengol. Era como una associación benéfica en la que estaban inscritos, como mínimo, doce cabezas de familia y tenían el privilegio de escoger sus capitanes y administradores. Una estructura incipientmente democrática para preservar seguramente a la cofradía de los señores feudales de la época. Sus finalidades eran ayudarse mutuamente de manera que si algún cofrade viniese a menos por desgracias o largas enfermedades y no tuviese de qué vivir, él y su familia serían proveidos por los bienes de la Cofradía; que si algún cofrade caía enfermo y no tenía quien le asistiese y velase, fuese cuidado por otro cofrade a indicación del capitán corresponente; que se diese la dote de boda a les hijas de los cofrades que no tenían bienes para hacerlo y otras condiciones altruistes como les citadas.

A finales del siglo XIV, en unas obras realizades en la iglesia parroquial, aparecieron les reliquias y el documento del papa Sergio IV. Puesto el hecho en conocimiento del Nuncio del Papa en Cataluña, éste lo hizo analizar por el abad del monasterio de Cardona, que determinó su autenticidad. A partir de aquí el renombre que adquiere el milagro de la Santa Duda se extiende por toda la Corona de Aragón y el Principado de Cataluña, tanto que el rey Alfonso el Magnánimo publica un documento autorizando a la Cofradia de Ivorra para predicar el milagro por todo el reino y a hacer una colecta para construir un relicario digno de les reliquias.

Actualmente las reliquias se conservan en el relicario gótico del año 1426, fruto de aquella colecta popular. Contiene, además de un trozo del mantel del altar lleno de sangre, otras reliquias donadas por el papa Sergio IV a San Ermengol: un cabello de la Virgen María, una espina de la corona de Jesús, un fragmento de piedra del sepulcro del Señor y otras reliquias de santos.

La iglesia donde pasó la Santa Duda se quedó pequeña para la gran cantidad de gente que acudía en pelegrinación. En su lugar se edificó el actual Santuario inaugurado el año 1663, aunque la fachada data de 1762. El altar barroco que había fue destruido en la guerra española de 1936. De la iglesia primitiva se conserva un retablo gótico del siglo XV, depositado en el Museo Diocesano y Comarcal de Solsona. El Santuario ha sido objeto, durante los últimos años del siglo XX, de una restauración que lo ha salvado de su estado ruinoso. El edificio consta, además de la iglesia, de otras dependencias que antiguamente servían para acoger a los peregrinos.

Actualmente se celebran tres fiestas: la fiesta principal de la Santa Duda el domingo segundo de Pascua o "Diumenge de Pasqüetes", con una romería en la que participan los pueblos de los alrededores, la fiesta de Santa María de Ivorra el dia 15 de agosto y la Fiesta de la Candelaria, el dia 2 de febrero.