Las ermitas dedicadas a la Virgen del Loreto son bastante comunes en la serranía de Gúdar y en el Maestrazgo (Fortanete,  La Iglesuela del Cid,  Villarroya). En su mayor parte se levantaron en el siglo XVII.

La de Cantavieja presenta la distribución característica de las ermitas con esta advocación. Tiene planta rectangular con un atrio delantero de cuatro columnas que sostienen un alero de madera labrada. Las columnas del atrio se asientan sobre un zócalo que delimita los laterales. En la pared frontal se abre una ventana rectangular. El acceso se realiza a través de dos pequeñas puertas adinteladas situadas en ambos laterales de la ermita.

Es de una sola nave, separada en dos tramos. El tramo de los pies está cubierto con una cúpula elíptica vaída y el siguiente con bóveda de cañón decorada con pinturas. Un muro con tres arcos separa la nave del camarín, que tiene techo plano. Existen dos construcciones secundarias a ambos lados, de mampostería, en las que se ubican las sacristías y otras dependencias auxiliares.