Le origini dell'edificio religioso non sono ben documentate. Le prime notizie riguardanti una cappella dedicata alla Madonna della Stella a Rotondi risalgono alla visita pastorale dell'Arcivescovo di Benevento, Massimiliano De Palumbaria (1547-1607), che nel 1599 si recò in quel luogo sacro. Tuttavia, una testimonianza storica indiretta dell'esistenza del Santuario potrebbe essere rappresentata dai resti di un'antica statua della Madonna della Stella, ritrovata nella struttura. La statua, in stile bizantino e databile tra il IX e l'XI secolo, suggerisce che, già prima dell'anno Mille, e forse molto prima, alcuni eremiti avessero eretto un edificio dedicato alla Vergine.