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Le sanctuaire possède un véritable mur avec un imposant portail d'entrée. Au-delà de l'entrée se trouvent deux bâtiments du XIXe siècle qui abritaient autrefois le gardien du sanctuaire et qui sont aujourd'hui utilisés pour l'accueil des pèlerins.
L'escalier monumental à deux volées qui mène au Santauario date de 1599.
L'église, coiffée d'une coupole en cuivre, comporte trois nefs. La partie centrale abrite le maître-autel et comprend une soasa réalisée par des sculpteurs du Trentin, une structure en bois avec des statues. Elle est ornée d'une ancienne structure en pierre, appelée "Maison sainte", qui abrite une fresque du XIVe siècle attribuée à l'école de Giotto, représentant la Madone et Jésus bénissant la Mère. Autour de la fresque se trouvent quatre précieux médaillons peints sur cuivre représentant des épisodes de la Sainte Vierge Marie : la Présentation de l'Enfant au Temple, l'Annonciation, la Naissance de Jésus et la Visite des Mages. Les deux nefs latérales comprennent deux riches autels en bois du XVIIe siècle dédiés respectivement à Notre-Dame de Lorette et à Saint-Joseph. On y trouve également quelques tableaux attribuables au peintre vénitien Andrea Celesti et à son école.
Le Santaurio est également célèbre pour ses nombreux ex-voto, signes d'une grande foi et dévotion de la part de la population de Tignale et de toute la région en général.
On notera en particulier celui commandé par la communauté de Tignale pour la délivrance de la menace du terrible bandit "Zanù" au début du XVIIe siècle, considéré comme le plus grand ex-voto d'Italie.
Sous l'église se trouve une structure plus ancienne qui témoigne de la présence d'un sanctuaire antérieur à l'actuel, avec deux fresques du XVe siècle (dont l'une porte la date de 1458), représentant respectivement la Vierge à l'Enfant avec d'autres saints (dont Saint Sébastien, Saint Vigilius de Trente et un saint évêque, peut-être Zénon, patron de Vérone, ou Erculianus, évêque de Brescia), et la Vierge couronnée avec l'évêque Vigilius.
Il n'existe pas d'informations certaines sur les origines du sanctuaire de Montecastello.
La tradition, selon laquelle la première attestation de l'existence d'une église dans la zone actuellement occupée par le Sanctuaire remonterait à 802, manque de base documentaire solide.
Toutefois, certaines découvertes archéologiques rendent plausible que l'édifice primitif de culte de Montecastello remonte aux environs du IXe siècle.
La mention de l'église de Santa Maria del Monte della Stella dans une bulle papale de 1187 est également incertaine.
On rapporte également la construction d'une église à Montecastello en 1283, après un événement miraculeux survenu lors d'une bataille entre les peuples du Trentin et de Brescia.
Cependant, les premières informations certaines remontent à 1458, date qui figure sur une fresque dans les salles basses du sanctuaire.
L'église de Montecastello est ensuite mentionnée dans des visites pastorales, à commencer par celle de Bernardo Clesio, archevêque de Trente (1537).
Au cours du XVIIe siècle, le sanctuaire a été modifié, prenant son aspect définitif, à l'exception de la restauration de la façade en 1903.
En 1904, la Madone de Montecastello a été solennellement couronnée.
