O santuário tem um verdadeiro muro com um imponente portal de entrada. Para além da entrada estão dois edifícios do século XIX que outrora abrigavam o guardião do santuário e são agora utilizados como instalações de recepção para os peregrinos.A monumental escadaria de dois voos que conduz ao Santauario data de 1599.A igreja, encimada por uma cúpula de cobre, tem três naves. A central alberga o altar-mor e inclui uma soasa dos entalhadores trentinos, ou seja, uma estrutura de madeira com estátuas. Adorna uma antiga estrutura de pedra, a chamada "Casa Santa", que alberga um fresco do século XIV atribuído à escola de Giotto, retratando a Madonna e Jesus abençoando a Mãe. Ao redor do fresco estão quatro valiosos medalhões pintados de cobre retratando episódios da Virgem Maria: a Apresentação da Menina Maria no Templo, a Anunciação, o Nascimento de Jesus, e a Visita dos Magos. As duas naves laterais incluem dois ricos altares de madeira do século XVII dedicados a Nossa Senhora de Loreto e São José, respectivamente. Há também alguns quadros atribuíveis ao pintor veneziano Andrea Celesti e à sua escola.O Santaurio é também famoso pelos seus numerosos ex-votos, indicações de grande fé e devoção por parte da população de Tignale e de toda a área em geral.De particular destaque é a que foi encomendada pela comunidade de Tignale para a libertação da ameaça do terrível bandido 'Zanù' no início do século XVII, considerado o maior ex-voto da Itália.Por baixo da igreja encontra-se uma estrutura mais antiga que testemunha a presença de um Santuário anterior ao actual, com dois frescos do século XV (um dos quais com a data de 1458), representando, respectivamente, a Madonna e o Menino com outros santos (incluindo um São Sebastião, São Vigílio de Trento e um Santo Bispo, talvez Zeno, padroeiro de Verona, ou Erculianus bispo de Brescia), e a Madonna Entronizada com o Bispo Vigílio.Não há certas informações sobre as origens do Santuário de Montecastello.A tradição, que afirmava que o primeiro atestado da existência de uma igreja na área agora ocupada pelo Santuário data de 802, carece de uma base documental sólida.Contudo, algumas descobertas arqueológicas tornam plausível que o primitivo edifício de culto em Montecastello remonta a cerca do século IX.A menção da igreja de Santa Maria del Monte della Stella numa bula papal de 1187 é também incerta.Há também relatos da construção de uma igreja em Montecastello em 1283, após um acontecimento milagroso que teve lugar durante uma batalha entre o povo Trentino e Brescia.No entanto, as primeiras informações datam de 1458, a data que aparece num fresco nos quartos inferiores do santuário.A igreja de Montecastello é mais tarde mencionada em visitas pastorais, começando pela de Bernardo Clesio, arcebispo de Trento (1537).Durante o século XVII, o santuário foi modificado, assumindo a sua aparência final, para além da restauração da fachada em 1903.Em 1904, a Madonna de Montecastello foi solenemente coroada.