L’origine del santuario risale al XV secolo ed è frutto di un ex voto fatto dai vernantini in occasione di un grave pericolo collettivo (forse un’epidemia di peste), tradizione che si lega anche alla festa dell’Assunta. Le prime attestazioni riferite a un edificio intitolato alla Madonna di Valle risalgono invece alla metà del XVI secolo, quando gli statuti comunali citano una cappella con questa titolazione. A partire dal XVI secolo la devozione riservata a questo luogo dovette crescere progressivamente sino a rendere necessario, o più probabilmente auspicabile, l’ingrandimento della cappella e la costruzione di un vero e proprio santuario.
L’attuale struttura del santuario a pianta centrale e croce greca, con 3 altari, arricchiti da decorazioni barocche in stucco, pavimento a mosaico in pietra, mura costruite a calce calda, risale ai lavori messi in opera sulla base del progetto di Giovenale Boetto nella seconda meta del XVII secolo. Nel santuario sono ancora visibili, nelle due cappelle laterali e nella parete di fondo dell’altare maggiore, le serliane con decorazioni in stucco che rimandano ad altre realizzazioni del Boetto.
L’esterno dell’edificio si caratterizza per una grande edicola barocca che anticipa l’ingresso offrendo riparo ai pellegrini. All’interno l’edificio presenta alcuni elementi di pregio, su tutti l’artistico trono della Vergine risalente alla fine del XVII secolo, esempio di splendido barocco piemontese. La statua della Vergine, rivestita di un ricco manto d’argento intessuto a mano, è in legno, ha un peso complessivo di oltre 640 kg e fu portata a spalle da Torino, in circa 40 giorni di viaggio. Da notare infine sono i numerosi quadri “ex voto” in onore della Vergine per grazie ricevute dai pellegrini nel corso dei secoli.