Fou fundada per fra Llorenç Julià. Els plans del santuari són, com els de l’església parroquial d’Ulldemolins, obra de Jaume Amigó, que li dóna una traça força similar, encara que molt més reduïda, a la de l’església del poble. L’edifici es bastí cap al 1579; pel mateix temps s’hi construïa una casa de l’ermità i un convent al seu redós, on s’hi volien establir dos monjos basilians, que no va ser autoritzat pel comú del poble, al·legant la pobresa del lloc. Entre el 1587 i el 1599 la capella fou abandonada per ordre de l’arquebisbe. Reoberta al culte, l’ermita s’enriquí amb bons retaules durant el segle XVII, que desaparegueren el 1936. Conserva part de les pintures murals de la cripta obra de Josep Juncosa, del 1662. El 1689 els carmelitans descalços fracassaren en el seu intent d’obrir-hi un convent. Per les seves grans dimensions l’ermita ha estat anomenada, de vegades, la catedral del Montsant. Ha estat restaurada.