La chiesa è costruita su uno scoglio a strapiombo sul fosso sottostante e presenta un minuscolo campanile a vela, privo di campana, posto sopra l’abitazione dell’eremita. La porta ogivata è decorata con una piccola croce scolpita sulla chiave di volta. Il santuario rupestre della Madonna del Sasso risale probabilmente al XIV–XV secolo.
Al suo interno conserva ancora resti di affreschi votivi databili tra il Quattrocento e il Seicento, tra cui una Madonna di Loreto e un San Cristoforo di Paolo di Visso (metà del Quattrocento), oltre ad altre figure attribuite agli Angelucci.
L’edificio, situato su un costone roccioso a strapiombo sulle sorgenti del fiume Menotre, in un luogo appartato e solitario di rara bellezza paesaggistica, si caratterizza all’esterno per il portale gotico e le feritoie. All’interno, il pavimento, ricavato interamente nella roccia, testimonia l’umiltà e la semplicità tipiche degli eremi.
Fino a pochi anni fa, nel santuario si venerava un’immagine della Madonna scolpita nella pietra, ora purtroppo trafugata, che ha dato il nome al luogo. Sulla parete a monte era dipinto il Giudizio Universale, databile alla seconda metà del Quattrocento, staccato e conservato nella nuova Chiesa di San Martino. L’affresco è attribuito a Cristoforo di Jacopo di Marcucciola, discepolo di Bartolomeo di Tommaso.
Il dipinto si sviluppa su tre fasce: nella parte inferiore sono rappresentate la Resurrezione dei morti, l’Ascesa degli eletti e le scene infernali; la fascia centrale è divisa da una porta chiusa, ai cui lati si trovano San Paolo e San Pietro; nella zona superiore, il Paradiso è raffigurato da figure aureolate e da Cristo con angeli adoranti.
Il santuario era considerato terapeutico per ogni tipo di male e la sua posizione testimonia il fenomeno del pellegrinaggio legato al culto lauretano.
L’edificio si sviluppa su due piani: al piano superiore è stata ricavata la casa dell’eremita, con ingresso indipendente. Il pavimento, scolpito nella roccia stessa su cui poggia, segue l’inclinazione naturale dello strato calcareo, fortemente inclinato verso il monte. Accanto alla porta si conserva uno sperone roccioso non smantellato.
Danneggiato dal terremoto del 1997, il santuario ha subito un restauro che ha salvaguardato la sua stabilità, ma necessita ancora di un delicato intervento per il recupero degli affreschi, fortemente sbiaditi a causa dell’umidità.
Strutturalmente, l’edificio si presenta in buono stato.