Obecnie wyjątkowym kultem cieszy się tu łaskami słynąca, barokowa figura Matki Boskiej Bolesnej. 
Rzeźba ta wykonana jest w drewnie, wysoka na l m, polichromowana i złocona. Przedstawia Matkę Bożą w typie ikonograficznym zwanym „Pietą". W rzeźbie tej martwe ciało Jezusa osuwa się z kolan Maryi do jej stóp. Maryja przytrzymuje Syna prawą dłonią za bark, zaś lewą unosi nieco rękę Chrystusa. Omdlewa przy tym z żałości wznosząc wzrok ku Niebu, a z jej rozchylonych lekko ust wydobywa się jakby bolesna skarga. Artysta kompozycyjnie wpisał obydwie postacie w jeden trójkąt. Ponadto przyglądają się rzeźbie można stwierdzić, że posiadał on bardzo dobrą znajomość anatomii człowieka, mistrzowsko uchwycił ruch oraz umiejętnie wyraził wewnętrzne przeżycia postaci. Z „Piety" można wyczytać zarówno spokój, gdyż takie wrażenie wywołuje równowaga kompozycji na zasadzie wspomnianego już równoramiennego trójkąta, jak i dramatyzm chwili wyrażony poprzez drobny, jakby nerwowy układ draperii szat w rzeźbie Matki Bożej. 

Na podstawie przeprowadzonych badań drewna, złoceń i pigmentów farby w roku 1977, figurę tę datuje się na XVIIw., lecz nic nie wiadomo o jej twórcy i fundatorze, a nawet o czasie sprowadzenia jej do Katedry. Historycy sztuki dostrzegają podobieństwo tarnowskiej „Piety" do fragmentu obrazu "Opłakiwanie" autorstwa Van Dycka oraz do innej „Piety", która stanowi centralny motyw w epitafium Boimów w kaplicy grobowej tejże rodziny w sąsiedztwie katedry łacińskiej we Lwowie. Epitafium to jest ostatnim, niedokończonym dziełem Jana Pfistera, rzeźbiarza pomnika Ostrogskich w tarnowskiej katedrze. 

Wiadomo, że figura Matki Bożej Bolesnej od początku wieku XX znajdowała się w południowym przedsionku katedry i była otaczana powszechnym kultem. W roku 1987 z uwagi na wielki kult ze strony wiernych, rzeźba ta została przeniesiona do nawy Najświętszego Sakramentu i ustawiona po północnej jej stronie, w niszy nowego ołtarza. Ołtarz ten zaprojektował i wykonał w brązie artysta Czesław Dźwigaj w roku 1986. W zwieńczeniu nastawy ołtarzowej wykonawca wykorzystał motyw trzech krzyży z pomnika „Solidarności" w Gdańsku, zaś na podstawie ołtarza umieścił tablice w brązie ze scenami Siedmiu Boleści Matki Bożej. W roku 2000 Pieta została poddana gruntownej konserwacji, która przywróciła jej pierwotny charakter. 

Liczne wota umieszczone na ścianach w pobliżu „Piety" świadczą o Jej wyjątkowym kulcie i o wypraszanych łaskach. Każdy drugi piątek miesiąca gromadzi przed „Pietą" wiernych na Mszy Św., odprawianej przy tym ołtarzu a w środy celebruje się tu nabożeństwo do Matki Boskiej Nieustającej Pomocy. Często można zauważyć wiernych przesuwających się na kolanach wokół jej ołtarza. Na ołtarzu znajduje się Księga Trzeźwości do której wpisuje się także podziękowania za otrzymane łaski. Przed „Pietą" modlił się Ojciec św. Jan Paweł II podczas pobytu w Tarnowie w roku 1987. Kult "Tarnowskiej Piety" trwa i rozwija się stanowiąc ważny element życia religijnego i duszpasterstwa Tarnowa oraz okolic. Każdego roku od 8 do 15 września ma miejsce Katedralny Tydzień Maryjny. Dekretem z dnia 2 lutego 2006 r., ówczesny biskup tarnowski Wiktor Skworc nadał bazylice katedralnej w Tarnowie tytuł Sanktuarium Matki Bożej Bolesnej..