La chapelle a été construite sur un affleurement rocheux près de la côte, Canto de Santa Ana. Bien que le bâtiment actuel, de plan rectangulaire simple, date de 1941, il a été construit sur les vestiges de bâtiments antérieurs qui ont été bien documentés par des fouilles récentes. Outre la découverte de matériaux solutréens (Paléolithique supérieur), ces fouilles ont permis d'identifier douze phases de construction, de la période romaine à nos jours, dont les fondations des murs sont conservées.
Grâce à un pont de pierre avec un grand arc pointu, le Cerro de Santa María était relié à l'ermitage de Santa Ana pour en faciliter l'accès. Le pont médiéval, communément appelé pont romain ou vieux pont, est construit dans le style gothique. A l'extérieur du parapet nord se trouve une pierre de taille en grès sur laquelle on peut lire les lettres MC et les chiffres 617, ce qui pourrait correspondre à une date de reconstruction.
C'est l'un des rares ponts médiévaux de la région et, avec l'ermitage de Santa Ana, constitue l'une des images les plus célèbres et les plus uniques de Castro Urdiales.
