La primera construcción sobre el lugar de la que tenemos noticias fue un conjunto epigráfico-monumental funerario romano, fechado en el siglo II d.C. en memoria de MARCUS DOMITIUS PROCULUS, fallecido a los diecisiete años, y levantado por su padre, MARCUS DOMITIUS SERANUS, según se desprende de las inscripciones localizadas en el interior y exterior de la ermita. Su adscripción al ámbito funerario romano fue apuntada en un primer momento por Agustín Ventura en 1975, seguida de los respectivos estudios de Ferrán Arasa i Gil, de la Universidad de Valencia, en 1983 y 1987.
Se conserva el paramento derecho del edificio que coincide con el segundo tramo de la ermita y forma parte del muro contiguo a la hospedería, apreciándose claramente desde ésta última sus sillares y molduras.
Restos de columnas, capiteles y lápidas del conjunto monumental que aparecen en las esquinas del muro oeste de la ermita, son elementos arquitectónicos de gran envergadura que denotan la importancia del lugar. Asimismo, aparecen dos estelas funerarias iberas, una en el interior y otra en el exterior de la Ermita, ya que el conjunto al completo se incluye en el exterior del recinto fortificado de época ibérica.
J. Salvador, quien ya dio noticia en 1890 de los restos arquitectónicos de la Ermita de la Virgen del Cid, recoge la información que proporciona A. Piera en 1712 sobre la mencionada ermita, según la cual la primera referencia escrita y existente sobre la “Iglesia del Cid” es del año 1195, en un documento de donación del rey Alfonso II de Aragón a Gastón, maestre de la Orden de San Redentor, territorio que posteriormente configuraría la Baylía de Cantavieja. La misma Iglesia del Cid vuelve a aparecer en la carta puebla de Cantavieja, concedida por el monarca Pedro II en 1212. Esta referencia litúrgica podría estar indicando la existencia de un edificio anterior a la conquista cristiana.
Durante el siglo XIV o principios del XV se edificó la primera ermita, de estilo gótico. Era de menores dimensiones que la actual y su volumen puede observarse en el muro oeste de la misma. Estaba compuesta por una sola nave dividida en tres tramos más el coro y cubierta por bóvedas de crucería. Según inscripción sobre piedra reutilizada del mausoleo romano y situada en el ángulo noroeste de la ermita, se efectuó una remodelación en 1546, que amplió la ermita hacia el norte y transformó el ábside gótico, quedando una cabecera recta con girola central delante del altar y dos corredores enrejados que dan paso a la capilla situada detrás de la cabecera, la capilla dedicada al Santo Cristo Milagroso, construida en 1728.
La devoción a la Virgen del Cid se remonta al suceso de un hecho milagroso que acontecería en la Edad Media en el término de La Iglesuela. Al igual que ocurre en otros santuarios aragoneses, la ermita se levanta en el lugar donde la imagen tallada de la Virgen se aparece a un labrador. La imagen de la Virgen del Cid, datada en el siglo XII, se conserva en buen estado en la Iglesia parroquial.
La denominación del santuario según Fray Roque Alberto Faci, en su obra Reyno de Christo y Dote de María Santíssima (1739), La Virgen del Cid antes de tener tal denominación, fue Nuestra Señora del Alva. Sin embargo, tras ser hallada en el lugar llamado Castillo del Cid, el cual pudo ser fundado o frecuentado por Rodrigo Díaz de Vivar, el Cid Campeador, pasó a llamarse con el nombre con la que hoy se venera.
Se trata de un conjunto de edificaciones dispuestas en torno a un patio central: la ermita, la hospedería y el pórtico.
La ermita es un edificio de planta rectangular con un exterior muy austero, realizada en mampostería encalada y sillería. Destaca la portada de sillería, en arco de medio punto; sobre ella se dispone la espadaña, también de sillería, de dos ojos y rematada en una cornisa curvada de piedra.
Al interior tiene una nave única de tres tramos cubierta con bóvedas de crucería separadas por arcos rebajados. La cabecera se desarrollada en torno a un espacio central bipartito: la capilla mayor, abierta hacia la nave, está flanqueada por dos corredores laterales cubiertos con bóveda de arista que comunican con la trasera capilla del Santo Cristo, cubierta con bóveda de lunetos. A los pies cuenta con un coro alto, sobre arco rebajado. El interior está decorado con pinturas murales barrocas muy coloristas, con formas vegetales y representaciones de angelotes pintados en vivos colores como naranjas, azules, verdes, o cremas; también se observan unas cenefas realizadas en tonos grises y blancos.
La hospedería, adosada a la ermita, es un edificio de planta rectangular y dos alturas. El acceso se realiza a través de dos puertas en arco de medio punto. Los vanos de la fachada principal son adintelados; destaca la decoración moldurada de una de las ventanas.
En el interior de la hospedería sobresalen los pavimentos enmorrillados con motivos geométricos, entre los que destaca un laberinto.
La plaza, o patio central, queda cerrada en sus flancos este y sur por un pórtico cubierto que tiene una longitud de 35,5 m (sur) y 19 (este). Está compuesto por vanos adintelados sobre columnas, procedentes de la iglesia parroquial de La Iglesuela, de donde fueron eliminadas en la remodelación de 1748.
