Tra le ‘devozioni’ di Oropa la più antica e caratteristica è il pellegrinaggio, singolo o collettivo. La comparsa di veri e propri pellegrini sui monti di Oropa è probabile già dalla fine del sec. XIII con la costruzione della nuova chiesa accanto al primitivo sacello, sebbene termini come pellegrino o pellegrinaggio non trovino un’attestazione nei documenti medievali. Vi passavano piuttosto transeuntes e viatores, ospitati dai frati eremiti che abitavano a Oropa nei due antichi priorati di S. Maria e di S. Bartolomeo e senz’altro la chiesa primitiva consacrata da Ajmone di Challant intorno al 1294 sorse per far fronte alla presenza sempre più numerosa di fedeli. I documenti più antichi citano Oropa come «ecclesia seu domus sancte marie de Oropa» luogo di culto e insieme di ospitalità, nel quale si offriva alloggio ai pellegrini provenienti dai luoghi più remoti che non avrebbero potuto compiere il pellegrinaggio in una sola giornata. Dalla metà del XV sec. la chiesa di Santa Maria di Oropa diviene stabile meta di pellegrinaggio non solo dei biellesi, ma anche di visitatori provenienti da terre più lontane, nelle carte sovente citati con la denominazione di forenses. Giungevano al simulacro della Madonna i pellegrini della diocesi di Vercelli, che si estendeva su un territorio che copriva le tre attuali diocesi di Vercelli, Biella e Casale Monferrato.

Nel ‘600 con la costruzione sulla precedente dell’attuale basilica e dei primi edifici del maestoso complesso architettonico si pongono le fondamenta per una tradizione consolidata del pellegrinaggio che diviene istituzionale e celebrativa del potere religioso e del prestigio di Casa Savoia, dinastia legata alle vicende storiche del Santuario.

Le forme attraverso le quali si manifesta il pellegrinaggio tramandano i più antichi usi: vi è innanzitutto il pellegrinaggio individuale sotto forma di gymnopodia, atto penitenziale che si svolgeva camminando in ginocchio dalla chiesa fino al Sacello.

Le testimonianze preziose dei pellegrinaggi sono i doni votivi, ossia debiti e promesse alla Madonna, che il Santuario conserva oggi nel Museo dei Tesori di Oropa: le immagini di cera, d’argento, d’oro, un tempo appese alle pareti del sacello,  i quadri e le tavolette votive, riportanti le guarigioni e i miracoli ottenuti, dal grande valore devozionale a taumaturgico, ma anche gioielli e pietre preziose, anelli, stoffe pregiate, panni di seta, lino e lana prodotti nel Biellese.