Se sitúa en el paseo de la Virgen del Puerto en la margen izquierda del recuperado Manzanares tras el soterramiento de la M-30, en lo que fue el soto del parque del palacio. Es un hermoso ejemplar del Barroco español siendo unos de los primeros ejemplos.

La fachada principal queda limitada por dos torres abalconadas que estan  coronadas por campanas y chapiteles. El portal es adintelado y el edificio está sustentado por pilastras. La capilla es de planta octogonal. El chapitel de la cúpula se soporta sobre un tambor ochavado.

La explanada en torno a la ermita sirvió de lugar para la celebración de romerías hasta casi nuestros días

Se construyó en el siglo XVIII, durante el reinado de Felipe V y se inauguró el 7 se Septiembre de 1718. La promovió el Marques de Vadillo, Francisco Antonio de Salcedo, que también era Consejero de Indias y Corregidor de Madrid, cuando presidió el ayuntamiento de la villa.

La ermita está dedicada a la patrona de Plasencia, lugar de nacimiento del marqués y gran devoto de la virgen. Los restos de su fundador descansan en la ermita desde 1729. Este hecho hace que la Virgen del Puerto de Plasencia sea posiblemente la única patrona provinciana que tiene en el corazón de Madrid un majestuoso santuario.

El santuario es obra de Pedro Ribera  que era  uno de los discípulos de Churriguera.  Pedro Ribera también realizó la ordenación de los alrededores, el terreno que existía entre el Manzanares y el Campo del Moro que se denominaba Campos de la Tela. Diseño el Paseo que hoy se denomina de la Virgen del Puerto y que entonces se llamaba Paseo Nuevo. El Paseo estaba terminado en 1726 junto con la escalinata que salva el desnivel entre la cota de la ermita y la del paseo.

En 1945 fue declarado monumento nacional. En 1951 fue entregado al Obispado de Madrid, que lo ha puesto bajo la jurisdicción de la Parroquia de Santa Maria de la Cabeza.

La imagen que hoy se venera es copia exacta de la de Plasencia y ha sido realizada por el escultor Víctor González Gil, ya que la anterior fue destruida durante la guerra Civil.

De la web Monumenta Madrid extraemos esta descripción:

El marqués de Vadillo, corregidor de Madrid, encarga a Ribera la realización de una ermita junto al Manzanares, bajo los Campos de la Tela (parque de Atenas), dentro de la urbanización, iniciada en 1716, del camino que los unía con del Pardo (hoy paseo de la Florida). Sigue la práctica barroca de crear un punto de referencia arquitectónica en zonas ajardinadas.

Ribera valora la situación de la iglesia en relación con la calle, separadas por un notable desnivel, que hace resaltar en la hábil distribución en planta y en la nitidez de sus líneas de contorno. Sorprende el diferente tratamiento interior-exterior.

Interiormente organiza un espacio central con cúpula, cuatro capillas en forma de exedra y cuatro sólidos pilares que completan el octógono, al exterior presenta un volumen formado por superficies planas. Conserva el sepulcro del marqués de Vadillo, obra de 1729, también de Ribera. En 1780, Juan Durán, autor del paseo alto, realiza la escalinata de doble bajada y construye nuevas habitaciones en las casas que envolvían el templo. Durante la Guerra Civil, las edificaciones anejas quedan totalmente destruidas, las torres y muros perimetrales seriamente dañadas, portada y chapitel únicamente sufren daños parciales. En 1948 se aprueba el proyecto de restauración de Mendoza y Cristos, respetando la concepción original de Ribera, reemplazan los pabellones adosados por dos cuerpos laterales de nueva fábrica similares a la cabecera que alberga el camarín. Entre las décadas de 1950 y 1980, por la Dirección General de Bellas Artes se llevan a cabo diversas obras de restauración y conservación bajo la dirección de su arquitecto conservador José Manuel González-Valcárcel.