Una campagna di scavo che ha interessato la zona nel 1993 ha confermato tre fasi costruttive medievali:
sulle murature preesistenti di un ambiente rustico di epoca romana (sec. III) venne eretto un primo oratorio, ad aula rettangolare con abside semicircolare, dedicato dopo il ritrovamento dell’icona lignea, come da tradizione orale, alla Vergine Maria (secc. XIII-XIV); un secondo e più ampio edificio, con aula e abside rettangolari (secc.XIV-XV), trova conferma anche in un atto notarile rogato a Gorizia nel 1399. 

La chiesa campestre, amministrata dalla Confraternita di Santa Maria, fu visitata il 14 aprile 1570, dal delegato apostolico Bartolomeo da Porcia.

Alcuni anni più tardi, il 19 giugno 1593, anche il patriarca Francesco Barbaro visitò la chiesa di Santa Maria «de Privalle», ordinando alcuni lavori di ristrutturazione.

Gli ordini del patriarca, oltre ad una possibile e velata minaccia orale che la chiesa potesse essere chiusa se non adeguatamente amministrata, furono forse alla base di una terza fase costruttiva, in cui l’abside fu modificata in forma poligonale e venne spostato il basamento dell’altare.

Nella prima metà del XVIII sec. Agostino Codelli, che contribuirà in maniera determinante all’erezione della diocesi di Gorizia, restaurava alcuni edifici sacri di Mossa. In questa quarta e ultima fase costruttiva, la chiesa, pur conservando l’abside poligonale, abbellita nel soffitto, da un affresco raffigurante la Sacra Famiglia, provvide all’ampliamento in altezza e lunghezza della navata, inglobando il portico e ospitando una cantoria, all’innalzamento del pavimento e alla costruzione della sacrestia.

La chiesa fu visitata l’11 aprile del1753, dal primo arcivescovo goriziano Carlo Michele d’Attems.

In seguito alla legislazione ecclesiastica di Giuseppe II, la chiesa venne chiusa verso il 1784 e, probabilmente, sconsacrata.

La riapertura avvenne il 15 agosto 1886 quando, per merito di don Andrea Fiegl, si tenne un’imponente processione con l’effigie della Madonna. Fu una vera rinascita per la chiesa e, nel 1891, le feste celebrate furono quattro: san Marco, l’Assunzione di Maria (con solenne processione), la Natività di Maria e il Nome di Maria.

Nel 1920, dopo il primo conflitto mondiale, la chiesa risultava danneggiata e tra il 1930 e il 1931 fu interessata da un restauro.

Durante il secondo conflitto mondiale la chiesa subì danni ingenti, che aggravati da eventi naturali e atti vandalici la portarono ad un rapido deterioramento.

L’ennesimo restauro del 1957 sconvolse l’assetto preesistente, erigendo una specie di fortino davanti alla chiesa: il presbiterio venne ridimensionato in una cappella, protetta da un sagrato recintato, sorto sul perimetro dell’antica navata e formato da parte dei muri perimetrali e da un terzo della facciata che fu sormontata da una nuova monofora.

Il giorno 11 agosto 1979, l’arcivescovo di Gorizia monsignor Pietro Cocolin, con una solenne celebrazione e larga partecipazione di fedeli, restituiva al culto la venerata immagine della Madonna del Preval, poi collocata nella chiesa parrocchiale.

Il 15 agosto 1990 il rito presieduto dall’arcivescovo Padre Antonio Vitale Bommarco segnò, concretamente, il recupero del tempio.

Con la benedizione della pietra angolare da parte di papa Giovanni Paolo II durante la sua visita nell’arcidiocesi goriziana il 2 maggio 1992, si avviò la fase del recupero e la conseguente rinascita della struttura.

Il restauro e il completamento della struttura, che si voleva riportare al volume settecentesco, furono eseguiti nel 1992:
furono elevati nuovamente i muri perimetrali, la facciata e una nuova trifora campanaria; consolidato il tessuto murario e l’altare maggiore; mentre, il pavimento fu predisposto per la fruizione visiva delle strutture antiche sottostanti che erano state rinvenute, tra cui la soglia del tempio quattrocentesco, l’abside e base d’altare della primitiva chiesa.

Il Pontefice volle dare alla chiesa il nuovo titolo di Santa Maria Regina dei Popoli, col privilegio, nelle maggiori festività mariane e in occasione di pellegrinaggi, di poter lucrare l’indulgenza plenaria.

Mercoledì 15 marzo 1995 in piazza San Pietro a Roma, il Papa benedisse personalmente le corone d’oro per la Madonna e il Bambino e li fece incoronare, a suo nome e con la sua autorità apostolica, dall’arcivescovo di Gorizia Padre Antonio Vitale Bommarco, che volle poi elevare l’antica e rinata chiesa, a Santuario Diocesano.