La imagen, realizada en la llamada "etapa magistral" del escultor (1606-1620), presenta notables semejanzas con otras hechuras de Montañés y su taller como la Virgen de la capilla del reservado del Monasterio de San Isidoro del Campo, en Santiponce (Sevilla), o la imagen mariana del retablo de San Juan Evangelista del convento sevillano de San Leandro, tal y como apreció el historiador Juan Infante Galán.

También podemos observar rasgos comunes en los simulacros marianos de los relieves de la Adoración de los Pastores y Adoración de los Magos, que figuran en el retablo mayor de San Isidoro del Campo, e incluso en la Virgen de la Misericordia del Hospital de Antezana, en el municipio madrileño de Alcalá de Henares, labrada por Juan de Mesa y Velasco, el más brillante discípulo y colaborador de Martínez Montañés.

La pieza, de composición cerrada y 152 cm de altura, responde a un concepto humanista, de marcado clasicismo e influencias todavía manieristas en su composición. Gracias al elegante contraposto insinuado bajo el ropaje, logra profundidad en el espacio e impresión de movimiento. Un movimiento que aún se halla atemperado por la ampulosa vestimenta y la pose mayestática. Madre e hijo muestran dulces semblantes y hermosas complexiones, con los típicos recursos montañesinos en su ejecución, caso de los ojos maternos de mirada oblicua, símbolo de la melancolía de la Pasión venidera, o la cabellera leonina del Niño Jesús, subrayando así en el rostro infantil el denominado "mimo montañesino" que imanta al espectador.

Se ha querido ver mayor naturalismo en la imagen del Niño por su actitud más dinámica; sin embargo, como bien ha apreciado Luque Teruel, en la Virgen se observan también avances como el leve corte del cuello -una de las escasas imágenes de Montañés con ese recurso- que evidencian la introducción de un naturalismo pleno y su persistencia sobre las fórmulas compositivas derivadas del Renacimiento. Eso fue precisamente lo que convirtió a Martínez Montañés en un auténtico renovador formal de la escultura sevillana de finales del siglo XVI, apartándola de los modelos y los modos castellanos, tan italianizantes con la actividad y fuerte influencia de artistas como Juan Bautista Vázquez el Viejo y Jerónimo Hernández, entre otros.

Respecto a la policromía, se advierte un fuerte viso inmaculista en los colores usados -túnica rojiza, manto azul y tocado marfil que descubre ampliamente la cabellera cayendo sobre los hombros- y en la simbología de algunas de sus decoraciones y motivos, propios de la "Tota Pulchra". Tanto por la calidad de su ejecución como por las tonalidades y las técnicas empleadas, ha sido atribuida por Hermoso Romero al pintor y tratadista Francisco Pacheco, colaborador durante un tiempo de Montañés y radicalmente opuesto a la carnación al pulimento, apostando firme por las carnaciones mates al ser más adaptables a la intención de realismo.

Es probable que la imagen onubense tuviera una intervención directa de Montañés en el modelado de las carnes, los cabellos, el busto de la Virgen y el Niño Jesús -muy parecido al del relieve de la Purificación de María y Presentación de Jesús en el Templo del desaparecido convento onubense de San Francisco, parcialmente conservado hoy en el Monasterio de Santa Clara de Moguer-, mientras que la saya y el manto que forman la parte inferior de la figura sean obras realizadas directamente por discípulos en el taller. Una espléndida restauración de Francisco Arquillo permitió contemplarla de nuevo en todo su esplendor original.

La imagen preside el altar mayor de la Catedral de Nuestra Señora de la Merced, antiguo convento mercedario de Huelva fundado en 1605 por Manuel Alonso Pérez de Guzmán el Bueno y Silva, conde de Niebla y duque de Medina Sidonia, entre otros títulos nobiliarios que ostentaba. El fundador, a instancias de dos ilustres ciudadanos onubenses, Baltasar Quintero, pintor y colaborador de Martínez Montañés en tareas de policromía, y el almirante Andrés de Vega y Garrocho, quien encargó a Montañés el citado relieve de la Purificación en el Templo, concertó con el escultor la ejecución de una talla completa de la Virgen con el Niño que, aunque carente de atributos específicos, llevaría el título de la patrona de Huelva.

En el contrato, sacado a la luz por Díaz Hierro, se especifica que la obra había de estar en el altar mayor del convento. Sin embargo, durante más de 350 años ocupó un lateral de la iglesia, pasando a ostentar la presidencia una talla de candelero de Nuestra Señora de la Merced, titular de los mercedarios, que podemos ubicar precisamente en la órbita sevillana de Juan de Mesa. Fue en 1977, a raíz de la última restauración de la ya Catedral de Huelva desde la fundación en 1954 de la diócesis onubense, cuando la Virgen de la Merced pasó a un altar lateral de la nave del evangelio, ocupado antes por la Virgen de la Cinta de Montañés.