La grotta su cui sorge il santuario era un luogo di culto già in epoca greco-romana, secondo le parole dello storico Strabone che attestano l'esistenza di un tempio dedicato al dio Apollo. L'origine della chiesa si colloca tra il V-VI secolo, in concomitanza con il tentativo dell'allora vescovo di Siponto di estirpare i culti pagani tra le genti del Gargano. In epoca longobarda, divenuto sacrario nazionale dei Longobardi, il santuario venne inserito nel circuito dei pellegrinaggi e divenne meta di numerosissimi fedeli provenienti anche dalle regioni più settentrionali d'Europa, come testimoniano alcune incisioni a carattere runico sui muri di ingresso. Fu tra la seconda metà del XIII e la prima metà del XIV secolo che, per opera degli Angioni, il santuario venne trasformato ricevendo l'assetto attuale, con un'operazione che tagliava a metà la grotta relegando nel sottosuolo gli antichi ingressi bizantino-longobardi.