Il nome Quintiliolo deriverebbe dal territorio in possesso della famiglia dei Quintili, qui infatti si trovava la loro villa, al margine della quale venne eretta la chiesa prima ed il convento poi. Questo splendido complesso religioso è dedicato alla sacra immagine della Vergine Maria, ritrovata, secondo una leggenda tiburtina, da un contadino che lavorava la terra con l'aratro.
Esternamente la chiesa si presenta con uno stile neoclassico diviso in due ordini e dominato da un alto campanile che svetta sul paesaggio circostante e sulla zona delle ex cartiere tiburtine, nei pressi del Santuario di Ercole vincitore. L'interno è a navata unica con due cappelle laterali, in quella di sinistra è conservato il dipinto della Madonna Regina dei Santi, settecentesca opera di Francesco Serbucci da Tivoli.
Ma è sull'altare maggiore che si trova il simbolo del santuario, l'Icona della Madonna di Quintiliolo, immagine sacra risalente al XIII secolo ed ancora oggi venerata dai tiburtini, raffigurante la Vergine in trono che sorregge Gesù bambino con il ginocchio sinistro. Ogni prima domenica di maggio questa splendida figura cristiana viene portata in processione dal santuario fino alla Cattedrale di San Lorenzo, dove resta fino all'8 settembre, giorno in cui fa ritorno al santuario.