Orientata secondo l'asse che va da nord a sud, questo edificio di culto si erge isolato in mezzo a una delle zone industriali della comunità alto-laziale e si presenta estremamente ridotto in dimensioni: una cappella votiva a pianta rettangolare dotata sulla destra (ovest) di un piccolo ambiente accessorio e inserita all'interno di un giardino di pertinenza, ribassato di un gradino rispetto al livello di circolazione carrabile.
All'esterno, la fabbrica si presenta semplice e caratterizzata da una facciata riquadrata del tipo a capanna, con la consueta impostazione delle chiese di campagna connotate da finestrelle quadrate ai lati dell’accesso. Un’altra bucatura rettangolare sormonta la porta; sia quest’ultima sia le finestre ai lati sono caratterizzate da semplici incorniciature in pietra e da infissi metallici; solo l'ingresso presenta una modanatura lapidea maggiormente lavorata.
All'interno invece, una volta superata una grata in ferro battuto, il vano si presenta pressoché spoglio di qualsiasi tipo di aggettivazione formale. Campeggia al centro della parete di fondo una immagine della Madonna con il Bambino che, inserita entro una cornice lavorata in stucco a immagine di un tempio, sovrasta l'altare, quest'ultimo poggiato su un basamento di due gradini. Lateralmente, prendono posto due panche mentre, in alzato, un semplice tetto ligneo con pianelle faccia-vista poggia sopra una trave principale posta in asse con l’accesso.
Quanto alla sagrestia, questa appare coperta alla stessa maniera ma secondo una falda unica, data la limitata superficie. Infatti, si tratta sostanzialmente di una stanza che, aperta sul lato ovest, ospita sulla sinistra (sud) un ripostiglio e una finestra, la cui luce collabora alla generale illuminazione e areazione dell'immobile.
Un campanile a vela, posto in corrispondenza dell'angolo nord-ovest, e più precisamente in concomitanza con il punto di cesura fra la sagrestia e l'aula, completa il sistema degli apparati di questo modesto santuario votivo.
La Chiesa si erge nel fondo di un giardino di pertinenza della stessa e si presenta impostata su uno schema a monoaula rettangolare nel cui lato destro (ovest) si apre la sagrestia: un vano stretto e lungo dotato di ripostiglio sulla sinistra (sud).
Si presenta impostata su un sistema di murature perimetrali portanti. La struttura è in blocchi di tufo rozzamente squadrati assemblati con giunti di malta. Sopra l’aula si appoggia un tetto ligneo a due spioventi.
All’esterno, la Chiesa è coperta da un tetto a doppia falda spiovente. La copertura è uniforme per tutta la lunghezza dell’edificio e il manto è in coppi. All’interno, si osserva la presenza di un tetto ligneo con travetti di sostegno alle pianelle faccia-vista. La sagrestia appare coperta alla stessa maniera ma secondo una falda unica, data la limitata superficie.
L'aula della chiesa è pavimentata con mattonelle di graniglia alternativamente bianche e nere che, nella sagrestia, diventano solo bianche. Invece, il basamento dell'altare è in marmo. All’esterno, la pavimentazione è in blocchi di pietra lasciati al naturale.
La Chiesa possiede alcuni elementi decorativi di pregio fra cui spiccano una cancellata in ferro battuto (facciata, XX secolo) e un dipinto olio su tela raffigurante la "Madonna del Carmine" (presbiterio, XX secolo).
La storiografia inizia nel 19/09/1488, quando, con "breve" di Innocenzo VIII Cybo (1484-92) si autorizzano gli abitanti di Acquapendente a raccogliere offerte per erigere una cappella da dedicare al culto della Madonna, presso un sito in cui già esisteva una immagine della Vergine posta in un sacello molto frequentato dai fedeli.
Successivamente, il 12/11/1517, la comunità di Acquapendente affida la cura della Chiesa ai Carmelitani. La consegna viene fatta al Padre "Jacobo de Averaria" delegato dei religiosi.
Nel 1562, essendosi verificati dei disordini nel convento, la comunità di Acquapendente revoca la concessione ai padri carmelitani.
Nel 1578, Papa Gregorio XIII Boncompagni (1572-85) visita la Chiesa e il convento durante il suo viaggio verso Sforzesca.
Il 09/10/1642, la comunità di Acquapendente viene saccheggiata dalle truppe di Odoardo Farnese (1612-46).
Il 13/09/1644, Innocenzo X Pamphilj (1644-55), con la bolla “In supremo millantis Ecclesiae Throno”, trasferisce la sede episcopale dalla soppressa Castro ad Acquapendente, separando quest'ultima dalla diocesi di Orvieto e dichiarandola città e nel 1651, lo stesso Papa, sopprime il convento per dotare dei suoi beni alcuni canonicati della nuova cattedrale aquesiana.
Nel 1748 il vescovo Bernardo Bernardi (1746-58) trasferisce nel convento il seminario con l'approvazione del Capitolo della Cattedrale.
Nel 1815 la Chiesa e il Convento vengono demoliti per ordine del vescovo Florido Pierleoni (1802-29), perché minacciavano di crollare. Il seminario viene trasferito nel ex-Palazzo Sforza.
Nel 1816 si erige una piccola struttura sempre dedicata alla Madonna del Carmine.
Nel 1980 è stato adeguato il presbiterio con un intervento strutturale tenendo presente le nuove indicazioni. In particolare, si è realizzato un altare a isola su un piano rialzato di due gradini.