O Santuário foi edificado junto ás ruínas do Convento de Santo Amaro de Água Fria, construido a partir do ano 1662 junto a uma pequena ermida já existente. Aí foi fundada a ordem dos padres oratorianos do Brasil, por João Duarte do Sacramento, no ano de 1671.

Esse mesmo morro já havia sido usado como estância militar pelo comandante Matias de Albuquerque na campanha de resistência contra os holandeses que invadiram Olinda a partir de 1630. Nesse então ja existia a pequena ermida de Santo Amaro da Água Fria.

Esses desejavam fundar uma congregação, a fim de multiplicar operários e estabelecer uma sede, onde se recolhessem seus membros ao voltarem de várias missões. Seria a primeira fundação de uma ordem religiosa nas Américas.

Pare esse fim foi oferecida, pelo vigário geral de Olinda (doutor Antonio Velho da Gama), a ermida de São João, a de Nossa Senhora de Guadalupe e a ermida de Santo Amaro, onde todos os domingos se celebrava a missa. Optaram por essa por ser a mais retirada, para o recolhimento de seus espíritos e própria para os padres dela saírem de Missões e se recolherem quando delas viessem.

Em 1661 era habitada pelo ermitão Montes Carlos que a cedeu para Pe. Sacramento e Pe João Roiz Victória, que adicionaram à igrejinha uns pequenos aposentos de adobe.

Essa seria ampliada e reformada, com a primeira pedra sendo colocada no dia 15 de agosto de 1662, na festa de Nossa Senhora da Encarnação, a quem se dedicou a Igreja.

Em 1671, os recoletos de Santo Amaro passaram a adotar, por sugestão do papa, os Estatutos da Congregação do Oratório de São Felipe Neri, fundando-se a ordem dos Padres Oratorianos no Brasil.

Atendendo os fins da Ordem, acentuando uma pastoral urbana, começaram a construção da Igreja e Convento da Madre de Deus, em Recife, de vila mais numerosa, no ano de 1679. Com a transferência dos padres o espaço seguiu sendo utilizada mas em meados do século XVII deteriorava-se já anunciando a ruína futura.

Em 1883 o Convento de Santo Amaro da Agua Fria foi confiscado ´pelo Governo Imperial do convento de Santo Amaro restam apenas as ruínas que na construção do Santuário foram cuidadosamente preservadas. Uma vez dedicada a Nossa Senhora da Encarnação testemunho a Missão Mariana que permanece viva junto ao Santuário da Mãe Rainha Três Vezes Admirável de Schoenstatt.