Ο ναός είναι κτισμένος στο κέντρο της Πέτρας (55 χλμ. από τη Μυτιλήνη, στο βόρειο τμήμα του νησιού), πάνω σε βράχο ύψους 40 μ. περίπου, στον οποίο η ανάβαση γίνεται με 114 λαξευμένα στον βράχο σκαλοπάτια. Αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα προσκυνήματα της Λέσβου.

Περιηγητές από τον 15ο έως τον 18ο αιώνα αναφέρουν μικρό φρούριο στην κορυφή του βράχου. Πιθανόν σε προγενέστερη φάση να υπήρχε μικρός ναός περιτειχισμένος, που αντικαταστάθηκε στις αρχές του 17ου αιώνα με μεγαλύτερο, που πήρε τη σημερινή του μορφή με τις επισκευές του 1840. Ο ναός αυτός είναι λιθόκτιστος, στον αρχιτεκτονικό τύπο της τρίκλιτης βασιλικής.

Διαθέτει αξιόλογο ξυλόγλυπτο επιζωγραφισμένο τέμπλο και ξυλόγλυπτο επισκοπικό θρόνο.