Secondo la tradizione locale, la Madonna sarebbe apparsa il 30 agosto e, sempre secondo la tradizione, garantì il debellamento dell'epidemia di colera che aveva colpito il paese, se le fosse stato dedicato un tempio. Immediatamente la notizia coinvolse la cittadinanza, che eresse sul luogo una cappella, terminata nel 1568, accollandosi totalmente le spese. All'interno viene conservato ancora il tronco d'acero ove apparve la Madonna. 
L'anno di apparizione è tuttora al vaglio di studi, ma documentazioni attestano che sia avvenuta nella prima metà del XVI secolo in quanto la chiesa risulta attestata da documentazioni già nel 1568, anno della 1ª visita pastorale documentata a Tornareccio, come chiesa di Santa Maria del Carmine. 
La chiesa venne ristrutturata sul finire del XIX secolo di nuovo con spese a carico dei cittadini di Tornareccio, lavori che ampliarono la vecchia struttura nell'odierna a 3 navate con navata principale a croce latina. I lavori iniziarono nel 1886 per terminare nel 1897, data certificata da un'iscrizione su un architrave posta sulla facciata d'accesso: "A DIVOZIONE DEL POPOLO DI TORNARECCIO 1897". 
Sul lato posteriore sinistro si erge il campanile quadrato con terminazione piramidale e con tettoia ottagonale a forte spiovente, ma risulta essere successivo (1937-1949). 
Della struttura originaria ne rimane solo l'altare maggiore ov'è conservata la statua lignea della Madonna del Carmine. Secondo una leggenda popolare di Tornareccio la statua non dev'essere mai spostata dalla sua nicchia altrimenti causa sciagure, sventure e disgrazie. 
La statua è opera di Gian Francesco Gagliardelli, scultore di Città Sant'Angelo, attivo in Abruzzo nel XV secolo. Lo stile di questa scultura è simile a quella conservata nella chiesa di Santa Maria Mater Domini di Chieti, le 2 sculture paiono formare un dittico. In un secondo momento venne posto il bambinello sulla Madonna di Tornareccio. 
La struttura attuale è merito del successivo restauro voluto negli anni ottanta dall'allora parroco, restauro terminato solo recentemente. 
I restauri sono stati guidati dal maestro pittore e restauratore Gennaro Bravo di Atessa e di nuovo col finanziamento della popolazione della cittadina abruzzese. 
Nel 1997 è stato celebrato il centenario della sua ricostruzione. In quell'occasione è stato aggiunto l'altare in marmo e l'ambone in legno, realizzati da artigiani locali. Dello stesso anno la realizzazione del tabernacolo nella navata destra realizzato in marmo con portoncino in metallo. Nel 2012 vennero realizzati da artigiani locali la sedia in legno rivestita di velluto rosso e foglia in oro e due sgabelli in legno, che costituiscono la sede. 
Durante i festeggiamenti del centenario molta gente si è recata nel santuario per ottenere l'indulgenza plenaria. 
Altre statue poste all'interno sono quelle di Sant'Apollonia e Santa Lucia. Inoltre vi sono 2 tele di Gennaro Bravo nel presbiterio di cui una raffigurante San Vincenzo Ferrer.  
A destra dell'ingresso vi è l'organo degli anni quaranta. Al posto delle originarie camere sepolcrali è stata costruita una cripta sulla cui scalinata sono stati posti degli ex voto di gente proveniente anche dal di fuori del paese stesso. In fondo alla cripta è stato collocato un busto, su un ovale in ceramica, di Don Nicola ed una lapide in ricordo con la seguente iscrizione: 
A MONS. NICOLA MASCIULLI 
1923-2011 
NEL PRIMO ANNIVERSARIO 
DEL RITORNO ALLA CASA DEL PADRE
SACERDOTE UMILE E FEDELE, 
INNAMORATO DI GESU' 
TOTALMENTE AFFIDATO A MARIA, 
DOCILE ALL'AZIONE DELLO SPIRITO
SERENO SEMPRE ANCHE 
DI FRONTE ALLE SFIDE PIU' DIFFICILI 
SALDO NELL'OBBEDIENZA 
ALLA CHIESA E AI SUOI PASTORI, 
UOMO DI DIO E PADRE DI MOLTI 
A PERENNE MEMORIA 
LA COMUNITA' PARROCCHIALE 
DI TORNARECCIO 
7 NOVEMBRE 2012 
La facciata esterna è in stile romanico-barocco (timpanata a due livelli con raccordi curvilinei alle ali laterali, presenta doppio ordine di paraste doriche con trabeazione e cornice intermedia su muratura di laterizi). 
Il portale, corrispondente alla navata centrale, è arricchito da lunetta in alto e colonne ai 2 lati. Nella lunetta compare la scritta: "DOMENICO PALMIERI DI BOMBA DIRETTORE". 
Più in alto vi sono 3 nicchiette bordate da lesene: la centrale è a finestra, le 2 ai lati constano di statue, S.Antonio da Tornareccio e S. Stefano Martire. Più in alto ancora è il frontone con accenno di rosone. Al di sopra, sulla cima della chiesa, si erge una Croce. 
Altre lesene suddividono la parte centrale dalle 2 laterali più piccole corrispondenti alle 2 navate laterali, ognuna delle 2 parti constano sulla facciata di una finestra bordata da lesene. 
La chiesa ha un impianto a croce latina a tre navate con transetto e coro rettangolare ed è coperta con volta a botte lunettata nella navata centrale, volte a vela nella navata laterale, cupola su pennacchi sul presbiterio.  
Le coperture esterne sono a doppia falda sfalsata con manto in coppi. La ricca decorazione interna di stile eclettico è costituita essenzialmente da un ordine di paraste corinzie con trabeazione e cornice con fregi e decorazioni in stucco e dorature. Le volte sono decorate da riquadrature in stucco e dorature con pitture, le finestre da vetrate policrome istoriate e l'altare principale in muratura, stucco e dorature, con nicchie. 
Le pavimentazioni sono di granito e marmi policromi.