Las ermitas dedicadas a la Virgen del Loreto, la mayor parte construidas en el siglo XVII, son bastante comunes en la serranía de Gudar y en el Maestrazgo. La ermita de la Virgen del Loreto de Villarroya de los Pinares tiene la distribución característica de las ermitas con esta advocación.
Es un edificio de planta rectangular, con un atrio delantero sobre columnas toscanas que sostienen un alero de madera labrada con pinjantes. Las columnas se asientan sobre un zócalo que rodea los laterales del atrio . En la pared frontal se abre una ventana rectangular que permite ver el interior de la ermita. El crucero se cubre con un tejado a cuatro aguas decorado con alguna hilada de teja vidriada de color.

Al interior tiene una sola nave, cubierta con bóveda de medio cañón con lunetos.

Otras ermitas con la misma advocación en la comarca del Maestrazgo pueden encontrarse en La Iglesuela del Cid, Fortanete, y Cantavieja.