Sanktuarium kalwaryjskie to także miejsce w którym, wraz z kultem Męki Pańskiej w klasztornym kościele odbiera swój kult cudowny obraz Matki Bożej Kalwaryjskiej. W XVIIw. słynący łaskami obraz Matki Bożej swoją cześć odbierał we franciszkańskim kościele w Kamieńcu Podolskim. Przed obrazem modlili się między innymi hetmani Stanisław Żółkiewski, Stefan Czarniecki, Książę Jarema Wiśniowiecki, Król Jan Kazimierz, Król Jan III Sobieski. W tym kościele znajdował się także cudowny obraz św. Antoniego. Kiedy w roku 1672 Turcy zdobyli twierdzę kamieniecką, w kościele Franciszkanów urządzili stajnie i wszystkie święte paramenty wyrzucali; obraz św. Antoniego, który miał czynić różne "psoty" Turkom za sprofanowanie kościoła, wyrzucono z kościoła, jednak kilkakrotnie cudownie wracał na swoje miejsce w ołtarzu. Ostatecznie obraz spalono, obraz Matki Bożej natomiast, na rozkaz tureckiego komendanta, wyrzucono do rzeki Smotrycz.

Z przybyciem obrazu do Kalwarii wiążę się legenda, która mówi, iż nieopodal rzeki mieszkał pewien starzec, któremu przyśniła się Matka Boża, która nakazała obraz odnaleźć i zanieść do Kalwarii. Starzec odnalazł obraz, owinął malowidło w płótno i wyruszył w drogę. Na noc zatrzymał się w Samborze. W zajeździe, w którym nocował, obraz schowano do skrzyni, na której sypiał syn właścicieli. W nocy niewidzialna siła miała trzy razy zrzucić chłopca ze skrzyni. Zbudzeni krzykiem rodzice otwarli skrzynię i wtedy ujrzano, że obraz jaśnieje niezwykłą światłością. Na wieść o tym zbiegli się mieszkańcy, modlili się i chcieli zmusić starca, by zostawił obraz w mieście. Ten jednak odmówił i mieszczanie procesjonalnie przenieśli obraz do Kalwarii.

Źródła historyczne nie podają wiadomości o losach obrazu, wiadomo, że franciszkanie kamienieccy chcieli obraz odzyskać i rozpoczęli starania w tym kierunku. W zabiegach tych nie byli osamotnieni, z żądaniem zwrotu obrazu wystąpił także biskup kamieniecki, komisarze twierdzy i sami mieszkańcy. Kategorycznie jednak sprzeciwił się temu syn fundatora Kalwarii Stanisław Fredro, kasztelan krakowski, był członkiem komisji powołanej do przejęcia Kamieńca od Turków. Całą sprawę skierowano do kapituły prowincjalnej, która odbywała się w Kamieńcu w 1717 r. Kapituła poleciła, aby komisarze zwrócili się do Stanisława Fredry z prośbą o zwrot obrazu. Wizerunek jednak pozostał w Kalwarii, gdyż syn fundatora twierdził, że jego ojciec, Andrzej Maksymilian Fredro, wykupił obraz od Turków i przeznaczył do kościoła w Kalwarii, gdzie sława obrazu jeszcze wzrosła na skutek cudów doznanych przed wizerunkiem.

W 1685 r. zanotowano pierwszy cud przez wstawiennictwo Matki Bożej - uratowanie kościoła od pożaru. W XVIII w. zauważa się rozwój kultu Matki Bożej Kalwaryjskiej, zanotowano w księgach ponad 50 cudów. W 1769 r. wydano pierwszy modlitewnik do nabożeństw po Dróżkach Kalwaryjskich. W XIX w. kolejne cuda w Kalwarii: uleczenie nieznanej osoby z Sanoka, uratowanie robotników pracujących przy świątyni, ocalenie tonącej Żydówki w wodach Wiaru. W roku 1867 malarz, Jan Bieszczad maluje na tablicy niektóre ważniejsze cuda uzyskane przez wstawiennictwo Matki Bożej.