El Santuario del Castillo es un edificio del último tercio del siglo XIX sufriendo varias modificaciones a lo largo de su historia. Se trata de una construcción de planta rectangular de una sola y amplia nave, dividida en tres tramos. La nave únicamente desarrolla bóveda de cañón en cada uno de sus tramos, abriendo espacios para las capillas laterales y presbítero.
En la parte superior de la fachada se halla una imagen pétrea de la Virgen. En los colaterales sendas torres gemelas de planta cuadrada flanquean el pórtico y en sus cuerpos superiores se encuentran los cuerpos de campanas. Ambas torres están culminadas por unas esculturas de 1.951 que representan, en la derecha, El Corazón de María y en el contrario El Corazón de Jesús.
El camino de acceso al Santuario se puede encontrar una serie de "Pasos" del Vía Crucis que ostenta paneles cerámicos de azulejería valenciana de gran aceptación y devoción popular.
En el presbiterio destaca la presencia del camarín adosado, obra de Justo Millán Espinosa del año 1.886, que está decorado por el pintor Juan Albert Selva. Dentro del Camarín se encuentra la imagen de la patrona de Yecla, talla del escultor alcoyano Miguel Torregrosa Alonso del año 1.941. Y también hay que resaltar el Trono sobre el que se reside La Virgen de la Purísima y los ángeles del mismo que fueron elaborados por el escultor valenciano Francisco Teruel, en el año 1.952. Además en este espacio del templo se halla el Retablo Mayor neobarroco y clasicista a la vez, obra de los hermanos Lorente, realizada en 1.977.
Del lado del Evangelio, en la tercera crujía, se abre la Capilla del Santísimo Cristo del Sepulcro, de planta octogonal, sobre la cual se encuentra una cúpula semiesférica y data del año 1956. La imagen representa al Cristo yaciente, obra de Miguel Torregrosa, realizada en 1941 y la urna tallada, que protege la imagen, es un proyecto del yeclano José Villanueva terminado en 1942.