El conjunt del santuari, compost de l’església, un hostal (gòtic) i d’altres dependències (10 h [1981]; 651 m alt.), és a la dreta de la rambla de Vallivana (afluent de capçalera de la rambla de Cervera, que neix al vessant meridional de la serra de Xiva i que rep els noms de barranc de la Carcellera i de Cap del Terme), vora la carretera de Vinaròs a Morella. L’església és d’una sola nau, amb creuer i quatre altars laterals, a més de l’altar major, darrere el qual hi ha el cambril. La imatge és petita, de terra cuita, probablement del s. XIV. El santuari actual fou construït al començament del s. XIX (inaugurat el 1838), però ja al s. XIV hi havia una capella per a allotjar-hi la imatge de la Mare de Déu. L’expansió de la devoció a la Mare de Déu de Vallivana, i l’inici de les festes que li són dedicades, tenen l’origen en un vot de la ciutat de Morella amb motiu de la pesta del 1672. Cada sis anys la imatge és traslladada a peu a Morella, on se celebren les festes del Sexenni.