Il Santuario si erge in pieno centro storico, sul lato orientale destro di piazza Tre Martiri. E' la chiesa dei Minimi di S. Francesco di Paola o dei Paolotti, che fu ricostruita sui resti della chiesa barocca precedente, rasa al suolo dagli ultimi eventi bellici.

L’interno della chiesa è decorata con affreschi di Achille Funi e di suoi scolari (1972). Nell'abside sono rappresentati due dei più noti miracoli riminesi compiuti da Sant'Antonio da Padova: quello dei pesci accorsi sulla rivadel mare a sentire la sua predica e quello della mula affamata che si inginocchiò e si rifiutò di mangiare anche se a digiuno da diversi giorni, davanti al Santissimo.

Nel pannello a destra dell'altare, è invece narrato il miracolo di San Francesco da Paola, che attraversa lo stretto di Messina sul suo mantello. Eseguito da Giuseppe Viola, tale dipinto era stato realizzato per l'inaugurazione dei lavori di restauro effettuati sul convento nel 1970. La scena ricrea l'aura entro cui si svolse il passaggio miracoloso dello Stretto di Messina da parte del monaco calabrese del Quattrocento. Chiesto tale passaggio a un "padrone" di barca da cui ne ebbe un rifiuto, Francesco distese il proprio mantello sulle acque, e montandovi sopra compì con un confratello la traversata dello stretto sotto gli occhi increduli degli occupanti della barca che non li avevano voluti a bordo.