Un édifice médiéval primitif
L’actuelle église a été bâtie sur les ruines d’une construction médiévale, dont des pierres taillées sont visibles en remploi. Peut-être s’agit-il de l’église Sainte-Marie de Fonte Crosa, mentionnée dès 1251, une source s'écoulant à proximité portant le nom de Font de Cros. Cette église est mentionnée à plusieurs reprises au cours du 14e siècle (ca 1300, 1343, 1348, 1351). Au siècle suivant, un acte de 1428 relevé par Reynaud indique que le testateur souhaite être enseveli à la chapelle Notre-Dame. Cependant, il est difficile d’affirmer qu’il s’agit bien de Notre-Dame-de-Santé.
L’existence antérieure d’une église à l'emplacement de Notre-Dame-de-Santé est confirmée par la visite pastorale de 1620, qui décrit la présence de sépultures dans le soubassement de l'édifice ; et par l’acte de fondation de la nouvelle chapelle, daté du 20 septembre 1624 qui confirme que la communauté a commencé à rebâtir la chapelle à ses frais dès 1617. Cet acte indique que les anciens seigneurs de La Verdière avaient fait bâtir une chapelle dédiée à la Vierge qui, ruinée, n’en faisait pas moins l’objet d’une fréquentation annuelle par les verdièrois et les habitants des localités voisines, « miraculeusement soulagés des maladies dont se estaient affligés ». Il semblerait donc qu’une dévotion vivace à la Vierge, traduite par un pèlerinage annuel et le témoignage de nombreux miracles, ait motivé la refondation de la chapelle au début du 17e siècle.
Des voûtes d’arêtes reposant sur arcs doubleaux sont visibles dans l’actuelle sacristie, elles se poursuivent dans une partie du bâtiment attenant. Il s’agit certainement d'une partie de l'édifice médiéval primitif. L’acte de 1624 le confirme en indiquant que seuls « l’ancien hautel et chapellettes d’icelluy qu’on appelle les presbytaires » sont conservés.
Une reconstruction motivée par un pèlerinage
La reconstruction de la chapelle est mentionnée dans les archives communales entre 1617 et 1626. L’acte de 1624 en détaille les modalités : étant donné la fondation antérieure de la chapelle par ses aïeux, le seigneur verdiérois Jean de Castellane en devient juspatron de droit. Les conditions suivantes sont établies entre le seigneur et la communauté : les consuls auront en charge l’entretien de la chapelle, sauf dans le cas d’une « ruine entière » où le seigneur devra apporter sa contribution. Ils se chargeront du mobilier de la chapelle, qui sera inventorié tous les ans par le juge du seigneur, en présence des consuls. Tous les premiers jours de l’an seront nommés des marguilliers qui recueilleront et tiendront compte des aumônes. La clé buchée, présente sur l’arc de la porte latérale, atteste peut-être cette co-fondation laïque entre seigneur et communauté. La façade occidentale, portant la date de 1625, appartient à cette campagne de travaux. Le service de la chapelle est confié aux religieux de l’ordre des trinitaires déchaussés en 1635. Parmi eux, Ignace Gory, qui publia en 1655 une « Panacée mystique » relatant les nombreuses grâces accordées par la Vierge de Santé.
Après le départ des trinitaires à la fin du 18e siècle, différents prieurs s’y succèdent jusqu’à la Révolution où le couvent et ses propriétés sont vendus comme biens nationaux. La chapelle sert alors de remise et de bergerie. Dans la seconde moitié du 19e siècle, le propriétaire de la chapelle la restaure et y rétablit le culte. Son legs à la fabrique de La Verdière est entravé par un décret de l’Etat, et la chapelle sera vendue aux enchères en 1903 à Casimir Blanc, ancêtre des actuels propriétaires, qui y entreprend des travaux de restauration.
Un ensemble de bâtiments traduisant une intense activité spirituelle
La chapelle était complétée par différents bâtiments destinés à l’activité spirituelle et à l’hébergement des clercs et des hôtes (couvent, hôtellerie), ainsi que par le logement d’un ermite. Il est difficile de les identifier parmi les bâtiments existants, dont certains sont ruinés. Les délibérations communales comme la visite pastorale de 1620 mentionnent en particulier la construction du logement de l'ermite lors de cette période. Les trinitaires bâtissent le couvent à proximité de la chapelle. En 1638, le conseil vote un capage pour aider les religieux trinitaires à terminer la construction de leur couvent. D’après la visite pastorale de 1639, leur habitation se compose de « six chambres garnies de pettis lits ». Son emplacement est incertain : les archives indiquent que suite à l’irrégularité du service religieux due à l’éloignement du couvent, celui-ci est rebâti en 1658, alors que des trinitaires chaussés ont remplacé les trinitaires déchaussés. Un plan du 19e siècle figure le couvent (alors en ruine) au sud-est de la chapelle. Une écurie et un poulailler étaient accolés à l'élévation sud.
À 100 mètres au nord-ouest, de l’autre côté du chemin, un édifice à l’état de ruines pourrait être l’hôtellerie destinée à accueillir les pèlerins, également contemporaine de la refondation de la chapelle au 17e siècle. En outre, les sources orales rapportent qu’un bâtiment en partie ruiné situé à 500 mètres au nord, appelé « bastide Notre-Dame » sur le cadastre napoléonien et « bastide des pères » au 19e siècle, aurait abrité les religieux officiant à Notre-Dame-de-Santé.