Le sanctuaire daterait du Moyen Âge, en particulier de l'époque de la Troisième croisade. Il a pour origine la chapelle d'un château-fort établi sur l'éperon rocheux d'Ay qui restera propriété pendant de nombreuses décennies des comtes de Tournon. A l'intérieur y fut placée une vierge noire : la « Vierge d'Ay » appelée aussi « Notre-Dame d'Ay ».
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