L'origine di questo suggestivo tempio mariano si colloca nel clima di profonda devozione popolare scaturito da una serie di fatti ritenuti miracolosi, verificatisi nell'anno 1654 all'interno di un'area rocciosa ricca di cavità naturali, storicamente denominata "grotta della Madonnella". L'originario luogo di preghiera si sviluppò dapprima con la costruzione di una piccola edicola nel 1702 e di un altare nel 1703, per poi essere trasformato in una vera e propria cappella rupestre nell'anno 1704 sotto la direzione dell'architetto Biase Caputo. Integrando le pareti naturali di roccia con nuove murature di contenimento, l'architetto realizzò un tempio a pianta ottagonale coperto dalla volta di roccia naturale, completandolo con un altare in marmo, una sobria facciata, un campanile e un piazzale sul davanti. Tra il 1706 e il 1710, grazie al sostegno economico del mecenate Bartolomeo Di Ruggiero e alle offerte spontanee del popolo, l'edificio fu ampliato assumendo la forma di una vera chiesa, opera che richiese lo scavo dei duri speroni rocciosi circostanti per realizzare la navata sinistra, finemente decorata dagli stucchi eseguiti dai fratelli Cafaro e dai dipinti murali del pittore Carlo Boccaccio. Dopo un lungo periodo di ininterrotta devozione nel corso dell'Ottocento, il ventesimo secolo portò una fase di grave abbandono, culminata con la disastrosa alluvione del 1954 che rese la struttura instabile, esponendola al saccheggio e alla rovina. La rinascita spirituale e materiale del santuario ebbe inizio nel 1979 con il passaggio dell'area sotto la giurisdizione ecclesiastica della Badia della Santissima Trinità di Cava e la conseguente riapertura al culto dei fedeli. Essendo rimasto miracolosamente privo di danni durante il terremoto del 1980, il complesso edilizio assunse temporaneamente le funzioni di chiesa parrocchiale per gli abitanti di San Cesareo fino all'anno 2000. Consacrato nuovamente dall'abate Michele Marra nel 1984, in seguito a imponenti lavori di consolidamento delle strutture rocciose, e riqualificato nei suoi spazi esterni nel 1987, il santuario è infine passato nel 2013 sotto la giurisdizione della Diocesi di Amalfi-Cava de' Tirreni, confermandosi oggi come un mirabile esempio di architettura sacra integrata nel paesaggio naturale della valle.
