Rzeźba Matki Bożej Bolesnej wykonana jest z drewna, polichromowana i złocona. Posiada wymiar 1 m. Przedstawia Matkę Bożą w typie ikonograficznym zwanym „Pietą”. Na podstawie badań figury (drewna, złoceń i farby) z 1977 r. datuje się to dzieło na XVII w. Nie jest znany jej twórca i fundator. Nie ma również danych o czasie sprowadzenia jej do kościoła katedralnego, przypuszcza się, że był to okres I wojny światowej[1]. Wiadomo, że figura Matki Bożej Bolesnej od początku XX w. znajdowała się w południowym przedsionku katedry i od początku była otoczona kultem wiernych. Historycy sztuki dostrzegli podobieństwo figury z Tarnowa do fragmentu obrazu „Opłakiwanie” Van Dycka oraz do Piety, w epitafium Boimów w kaplicy grobowej tejże rodziny niedaleko katedry łacińskiej we Lwowie. Epitafium to jest niedokończonym (ostatnim) dziełem Jana Pfistera (rzeźbiarza pomnika Ostrogskich w katedrze w Tarnowie). W 2000 roku Pieta Tarnowska została poddana gruntownej konserwacji i renowacji, która przywróciła jej pierwotny wygląd. Początkowo figura znajdowała się w jednym z przedsionków kościoła katedralnego. W 1987 r., ze względu na wielki kult, Pieta została przeniesiona do nawy (adoracji) Najświętszego Sakramentu i ustawiona po północnej stronie, w nowym ołtarzu. Ołtarz dla figury zaprojektował i wykonał w brązie w roku 1986 artysta Czesław Dźwigaj. W zwieńczeniu ołtarza artysta wykorzystał motyw trzech krzyży z pomnika „Solidarności” w Gdańsku, zaś na podstawie ołtarza umieścił tablice w brązie ze scenami Siedmiu Boleści Matki Bożej. Ołtarz ten poświęcił prymas Polski Józef Glemp. Przy ołtarzu wiszą liczne wota. Pieta jest uroczyście odsłaniania i zasłaniana przy dźwięku fanfar. W każdy drugi piątek miesiąca sprawowana jest msza św. przy ołtarzu Matki Bożej Bolesnej. W każdą środę przed Pietą odbywa się nowenna do Matki Bożej Nieustającej Pomocy, a w piątki przed Pietą Tarnowską odmawiana jest Koronka do Siedmiu Boleści Matki Bożej z odczytaniem intencji składanych przez wiernych. Na ołtarzu znajduje się księga trzeźwości do której wierni wpisują też podziękowania. W 1987 r. podczas pobytu w Tarnowie przed Madonną modlił się papież Jan Paweł II. Dekretem ówczesnego bpa tarnowskiego Wiktora Skworca z dnia 2 lutego 2006 r. bazylika katedralna w Tarnowie została podniesiona na rangi sanktuarium maryjnego – Matki Bożej Bolesnej. Każdego roku w dniach od 8 – 15 września odbywa się tygodniowy odpust (tydzień maryjny). 15 września we wspomnienie NMP Bolesnej odbywa się procesja ulicami Tarnowa z kopią Piety Tarnowskiej.