Il primo documento scritto che cita la chiesa risale al 16 giugno 1175 quando la stessa venne nominata in un documento di cessione di alcuni beni a favore del monastero di Santa Maria in Valle di Cividale. Documenti datati 1244 e 1247 attestano che Castelmonte era già ritenuta all'epoca una delle località più importanti del patriarcato di Aquileia, anche in termini di floridezza economica. Nel 1253 il santuario venne unito al capitolo collegiato di Santa Maria Assunta di Cividale. Altri documenti ci danno notizie dei lavori realizzati presso il borgo ed il santuario negli anni 1296-1360 e 1410-1432.

Il santuario nel 1469 fu distrutto da un incendio scoppiato a causa di un fulmine che colpì il campanile; in quell'occasione bruciò anche la statua lignea della Madonna.

Rimaneggiato nel XVII secolo e poi, almeno per quanto riguarda la facciata della chiesa ed il campanile, nel 1930, il santuario conserva una statua della Madonna in calcare e alcuni altari in stile barocco, opera di maestri veneziani.

Numerosi sono gli ex voto collocati nei corridoi dell'edificio che ospita il santuario, segno di una devozione popolare sempre alta.