Zur Zeit seiner Gründung lag Mariabuchen an einem Waldweg, der Teil der kürzesten Wegverbindung zwischen Lohr und Karlstadt war. Der Weg führte von Lohr über die Mainfähre nach Sendelbach und von hier über den bewaldeten Buchenberg in das nach der Gemeinde Hausen benannte „Häuser Tal", das heute Buchental genannt wird. Von hier führte der Weg zum Weiler Erlenbach, über Wiesenfeld und Karlburg oder Rohrbach und Mühlbach nach Karlstadt.

Wiesen und Wälder wurden in früheren Jahrhunderten als Viehweiden genutzt. Einem Viehhirten, der seine Herde durch das Buchental trieb, verdankt Mariabuchen der Legende nach seine Entstehung. Etwas abseits des Weges von Lohr nach Karlstadt soll der fromme Schäfer einen Platz gefunden haben, der es ihm besonders angetan hatte: Er schnitzte ein Bildnis der schmerzhaften Muttergottes mit dem toten Heiland auf dem Schoß und stellte es in die Asthöhle einer alten Buche. Das kleine Waldheiligtum sprach sich herum, und alsbald wandten sich viele Menschen hilfesuchend an die Muttergottes in der Buche.

Mit der Zeit wuchs das Marienbild ein und geriet in Vergessenheit. Allerdings – so sagt man – konnten Ungläubige die Buche mit dem verborgenen Bildnis darin nicht passieren und wurden von einer unsichtbaren Kraft zurückgehalten. Eines Tages kam wieder ein Ungläubiger des Weges. Als er nicht weitergehen konnte, zog er zornig sein Schwert und stach in den alten Baum. Da hörte er eine klagende Stimme dreimal „Oh Weh" rufen. Der Ungläubige zog sein Schwert zurück und sah, dass es an der Spitze blutig war. Erschrocken sei er wie gebannt stehen geblieben und vermochte nicht weiterzugehen. Erst hinzugekommene Christen ihn aus seiner Starre befreien. Auf den Bericht des Mannes hin habe man die Buche gefällt und darin das Gnadenbild gefunden – mit einem blutigen Stich am Rücken. Der Ungläubige sei später Christ geworden und habe sich fortan in der Nähe von Mariabuchen aufgehalten.

Valentin Leucht, von dem die älteste schriftliche Überlieferung dieser Legende stammt (1591), spricht in seinem Bericht von einem Juden, der aus Zorn sein Messer in den Baum stach. Die Legende des „Judenfrevels" ist nach Ansicht von Wolfgang Brückner / Wolfgang Schneider „im gegenreformatorischen Kontext ihrer Erstveröffentlichung zu sehen: „Leucht ging es vor allem darum, den Kult um Marienbilder gegen Angriffe von protestantischer Seite zu verteidigen und die Echtheit ihrer Wunderzeichen zu beweisen." Im 20. Jahrhundert wurde die antijüdische Sage zu vollem Recht kritisiert, weshalb man 1970 alle diesbezüglichen Darstellungen aus der Kirche entfernte.

Über das tatsächliche Ursprungsjahr von Mariabuchen herrscht Uneinigkeit. Die Jahreszahl 1395, die lange als Geburtsstunde des Wallfahrtsortes galt, hat sich als Rückrechnung entpuppt: So heißt es in den „Miracula" von Valentin Leucht aus dem Jahr 1595, dass das Marienbildnis vor „zweyhundert Jahren" aufgefunden wurde, also 1395. Einen weiteren Hinweis gibt eine Inschrift auf der Sockelmauer an der Kirchenwand: 1406 I.S.M. (1406 Inventio Sanctae Mariae / Auffindung der heiligen Maria) heißt es da, was auf den vermutlich historischen Kern der Mariabuchener Gründungslegende anspielt.

Historisch fassbar wird die erste Kapelle erst durch einen Ablassbrief von 1434, in dem der erste Kapellenbau in der „Buchen" erwähnt wird. Die Betreuung der Wallfahrt oblag den Benediktinern von Neustadt am Main, zu deren Gebiet die Kapelle gehörte. In den Jahren 1613 bis 1617 ließ Fürstbischof Julius Echter von Mespelbrunn die alte Buchenkapelle renovieren und um einen neuen Chor erweitern. In der Barockzeit erblühte die Wallfahrt in voller Pracht: Fürstbischof Johannes Gottfried von Guttenberg ließ die Kirche 1692 abreißen und vom Steinfelder Baumeister Christoph Nemlich neu erbauen. Es entstand ein schlichter Saalbau mit eingezogenem polygonalen Chor und Turm an der Nordseite. Die Weihe vollzog Weihbischof Stephan Weinberger am 29. Mai 1701. Für die Wallfahrtsseelsorge wurde in Steinfeld, wozu Mariabuchen bis heute gehört, eine Kaplansstelle eingerichtet.

Mit der Berufung der Kapuziner im Jahr 1726 trug Fürstbischof Christoph Franz von Hutten zu einem weiteren Aufblühen der Wallfahrt bei, wurden doch so tägliche Gottesdienste gewährleistet; in den Jahren 1742 bis 1745 entstand ein eigenes Klostergebäude für neun Patres und drei Laienbrüder. In der Säkularisation wurde der Fortbestand des Klosters auf eine harte Probe gestellt: Da sich die Bevölkerung im Umland der Auflösung von Kloster und Wallfahrtsort widersetzte, wurde Mariabuchen „nur" zum Aussterbekloster erklärt. Nach dem Tod des letzten Klerikers im Jahre 1825 war der Laienbruder Rupert Schaar für fast 25 Jahre der letzte Kapuziner in Mariabuchen. Sein Ausharren bis zum Wiedereinzug seiner Mitbrüder im Jahre 1849 sicherte letztlich die Kontinuität der Ordensniederlassung.

In jüngster Zeit musste man durch den seit Jahren anhaltend geringen Ordensnachwuchs wieder um Mariabuchen fürchten. 2002 mussten die Kapuziner aus Personalmangel den Wallfahrtsort verlassen. Zunächst schien es so, als ob man keine Ordensgemeinschaft für die Neubesetzung gewinnen könne, was wiederum großen Unmut, ja Bestürzung bei der Bevölkerung auslöste. In einer spontanen Unterschriftenaktion sprachen sich innerhalb kürzester Zeit über 21.000 Menschen für den Erhalt des Ortes aus. So wurde aus dem vermeintlichen Ende ein glücklicher Neubeginn: Am 1. Oktober 2002 zogen Franziskaner-Minoriten aus der Provinz Warschau in Mariabuchen ein und sorgen sich seitdem mit großem Engagement um die zahlreichen Wallfahrer.

Obwohl es in Mariabuchen keine festen Wallfahrtstermine gibt, ist der Zulauf weiterhin groß. Einen besonderen Schwerpunkt stellt der Marienmonat Mai dar. Insgesamt etwa 40 Gruppen kommen alljährlich ins Buchental, außerdem ungezählte Einzelbesucher.

Eine der ältesten Prozessionen ist die Schiffswallfahrt von Langenprozelten, die bis ins Jahr 1655 zurückreicht. Einst setzten die Pilger am Bartholomäustag (24. August) über den Main und wallten dann zu Fuß nach Mariabuchen. Seit 1750 fahren die Wallfahrer mit dem Schiff bis nach Steinbach, von wo es zu Fuß das Buchental hinaufgeht. Heute findet die Wallfahrt jedes Jahr am dritten Sonntag im Juli statt. Abgelegt wird in morgendlicher frühe zu den Klängen des Wallfahrtsliedes „Geleite durch die Wellen, das Schifflein treu und mild." An der Schleuse bei Steinbach schließen sich der Gruppe weitere Pilger an, um dann gemeinsam den festlichen Gottesdienst in der Wallfahrtskirche zu feiern. Auch im Leinachtal hat die Mariabuchen-Wallfahrt eine lange Tradition: Aufzeichnungen aus dem Jahr 1719 erwähnen die zweitägige Wallfahrt erstmals. Seit neuestem unternehmen die Leinacher zudem eine Radwallfahrt, um auch andere Interessengruppen für das Wallfahren zu begeistern; in diesem Kontext erwähnenswert ist übrigens auch die neu entstandene Fahrradwallfahrt aus Rundelshausen.

Seit 1892 kommen sogar Pilger aus dem rund 65 Kilometer entfernten Fulda nach Mariabuchen. Am Anfang dieser traditionsreichen Wallfahrt stand laut Klosterchronik die schwere Erkrankung der Wallfahrtsführerin Maria Müller, die gelobte, barfuss nach Maria Buchen zu gehen, falls sie wieder gesund werden würde. Müller genas und hielt ihr Gelübde. Heute verbringt die überwiegende Zahl der Teilnehmenden nach der abendlichen Lichterprozession die Nacht bei Gebet und Meditation in der Wallfahrtskirche. Seit 1956 ist Mariabuchen als „deutsches Tschenstochau" ein festes Ziel der Exilpolen. Höhepunkt des Jahres ist die eucharistische Prozession durch das Buchental an Pfingsten:

Neben Altbewährtem haben die Franziskaner auch neue Akzente gesetzt: So gibt es einen Wallfahrtstag für Kranke, zu dem die Heimbewohner aus der nächsten Umgebung eingeladen sind. Fest zum jährlichen Ablauf gehört auch die Andacht mit Tiersegnung im Oktober,. Hauptanliegen der Minoriten-Patres in Mariabuchen ist es „den Menschen das Gefühl zu vermitteln, dass sie willkommen sind, dass es jemanden gibt, der ein offenes Ohr für sie hat: Sie sollen sich hier verstanden fühlen und gestärkt und getröstet von dannen ziehen.

1969 gründete der damalige Guardian des Klosters, Pater Arno Fahrenschon, das Wallfahrtswerk Mariabuchen e.V. Innerhalb kurzer Zeit kamen knapp 3500 Mitglieder zusammen, die sich für den Bestand des Wallfahrtsortes Mariabuchen einsetzen. Da viele der früheren Gründungsmitglieder in den letzten Jahren verstorben sind, ist die Mitgliederzahl mittlerweile gesunken. Dennoch konnte das Wallfahrtswerk in den vergangenen Jahren viel zum Fortbestand des Wallfahrtsortes beitragen: So leistete der Verein Unterstützung beim Klosterneubau, bei Kirchenrenovierungen und Sanierungen, ist Herausgeber des jährlichen Rundbriefs und betreut eine gut gepflegte Internet-Seite.