La chiesa della SS. Concezione di Madonna dell'Acqua, oggi Santuario mariano, fu edificata dall'Ufficio Fiumi e Fossi nel 1647 lungo la via Vecchia Pietrasantina, poco oltre il Cimitero suburbano di Pisa. Nel 1648 l'originaria cappella/oratorio subì un primo ampliamento ad opera della Compagnia de' Calzolari della città di Pisa; quindi, su nuovo progetto dei fratelli Francesco e Giuseppe Melani, architetto-quadraturista il primo; pittore figurista, l'altro, nel 1706 l'edificio fu ulteriormente ampliato all'attuale definizione planimetrica, dando al vano liturgico una raffinata quanto elegante elaborazione architettonica barocca, che si evidenzia particolarmente nell'area presbiteriale. Mattia Tarocchi, in veste di architetto, tra il 1765 e il 1770 rialzò la chiesa per ottenere un'areazione idonea per debellare l'umidità che aggrediva arredi fissi e affreschi.