La ermita se construyó sobre un peñasco rocoso existente junto a la línea costera, el Can-to de Santa Ana. Aunque el edificio actual, de sencilla planta rectangular, es de 1941 se ha construido sobre los restos de edificaciones anteriores que han sido bien documentadas a raíz de las recientes excavaciones. En dichas excavaciones además de haberse hallado materiales del Solutrense (Paleolítico Superior), se han distinguido doce fases constructi-vas, desde la época romana hasta la actualidad, de las que se conservan los cimientos de los muros.
Mediante un puente de piedra de sillería provisto de un gran arco apuntado, el Cerro de Santa María se comunicaba con la ermita de Santa Ana para facilitar el acceso a la mis-ma. El puente medieval, conocido popularmente como puente romano o puente viejo, es-tá realizado en estilo gótico. En la parte exterior del parapeto norte hay un sillar de pie-dra arenisca en el que se pueden leer las letras MC y los números 617, que pueden co-rresponder a alguna fecha de reconstrucción.
Es uno de los escasos puentes medievales de la región y constituye, junto con la ermita de Santa Ana, una de las imágenes más conocidas y singulares de Castro Urdiales.
