La chiesa costituisce oggi un unico complesso insieme all’omonimo monastero e venne eretta su disegno dell'architetto urbinate Giuseppe Tosi, dedicata al SS. Piagato Cuor di Gesù e consacrata il 24 giugno 1772. La facciata è stata completamente rifatta nel 1927, in occasione del secondo centenario della morte della santa, mentre un successivo restauro risalente agli anni 1950-1960 ne ha alterato almeno in parte, le forme originali. La chiesa conserva una tela del XVIII secolo con Madonna col Bambino col cuore in mano, una statua in gesso del XX secolo che ripropone il Sacro cuore di Gesù, una tela di Pietro Tedeschi da Pesaro (1750 ca. - 1801) raffigurante la Coronazione di spine di Santa Veronica, infine una tela del XVII secolo proveniente dall'ex convento di Santa Chiara e raffigurante Santa Chiara, San Francesco e Sant'Agnese di Assisi. Del medesimo periodo è il Battesimo di Gesù, sopra il portale d'ingresso.
Il Monastero delle Cappuccine sorge di fronte alla chiesa di Santa Veronica e fu realizzato dal vescovo Deodato Bajardi nei locali dove nacque e visse la Santa Veronica Giuliani. Al suo interno racchiude il piccolo Santuario di Santa Veronica, iniziato nel 1755, ancor prima dell'apertura del convento, avvenuta nel 1773. Il santuario venne realizzato dal conte Giuseppe Marsili di Mercatello e allestito nei due ambienti che costituirono la casa natale di Orsolina Giuliani. In esso vi sono raccolti numerosi cimeli della santa: una tela raffigurante Santa Veronica che riceve le stimmate, donata dal capitano Pietro Paolo Ganganelli all'erigenda chiesa del convento nel 1777 e sei piccole tele opera di un pittore locale, che sembra conoscere molto bene la casa dei Giuliani prima della sua trasformazione in convento. Le tele raccontano la vita mercatellese della santa e raffigurano Il battesimo della bambina Orsola, I giochi nell'orto familiare con Gesù Bambino, I colloqui di Orsola giovinetta con la Vergine Addolorata, Il desiderio di allattare Gesù Bambino, Il desiderio dei patimenti, L'ingresso nel monastero delle Cappuccine di Città di Castello.