L'edificio sorge alle pendici del Monte Fiegni, incastonato nella roccia, in un piccolo slargo delimitato a valle da un muro di sostegno in muratura di pietra.

Nel territorio della frazione di Valcimarra è posta in alto, a dominare l'inizio della Valle del fiume Chienti. Nonostante la strada, ma per la sua particolare localizzazione in alto, è da sempre rimasta al riparo dal passaggio delle truppe e dei pellegrini in transito, pertanto non compare nei resoconti dei diaristi di varie epoche.

Interno del santuario

Nel 1348 il testamento di un camerinese, ser Vannuccio di Pandolfuccio del terziero di Sossanta, conservato in un frammento di pergamena che è utilizzato per rilegare un atto notarile ed ora passato all'Archivio di Stato di Camerino, legava venti soldi a sette monasteri femminili della zona, tra i quali: S. Maria del Sasso. 

La fabbrica in oggetto si presenta come un aggregato di più parti vicine, Il corpo principale, planimetricamente si presenta come un'aula a navata unica segnata da tre volte a crociera.

L'interno è interamente in muratura di pietra a faccia vista con stuccature a cemento, tale finitura fu posta in opera all'incirca negli anni Ottanta.

Nella parete, posta di fronte all'ingresso, da sfondo all'arco in muratura, compare la roccia.

All'interno, sul lato sud della campata centrale si apre scavato nella roccia l'Ossario, antico Romitorio. Attualmente una finestra consente l'affaccio all'interno.

La mensa è in cemento mentre l'apparato sovrastante di antica fattura è in pietra di gesso.

Pala d'altare è un frammento di affresco raffigurante la “Madonna con Bambino”. Sulla parete, a fianco dell'ingresso, si trova un frammento di affresco raffigurante la Crocifissione e da alcune lacune si intravede al di sotto una decorazione precedente.