Prima testimonianza dell'esistenza della chiesa si trova nel registro 'Rationes Decimarum Italianae', in cui risulta che nei sec. XIII e XIV la chiesa di San Girolamo, allora conosciuta come chiesa di S. Gerordi o chiesa di S. Maria di Nazaret o della Madonna di S. Giroldo, pagava un tributo annuo allo Stato Pontificio di 12 grana.
Probabilmente in origine l’attuale chiesa era solo un edicola dedicata a S. Maria Vergine, eretta forse in seguito ad una qualche apparizione, posizionata circa a metà percorso della via Greca. Successivamente, grazie alla dedizione dei fedeli al culto mariano, è stata ampliata ed arricchita sino ad arrivare alla configurazione attuale.
Già nel 1581, come risulta da una relazione autentica fatta nella Curia Vescovile di Sora (FR) nell’anno 1581 dall’allora Canonico D. Domenico Peticco, la chiesa godeva di molte rendite annesse tra cui: la costa del monte da Civitavecchia fino al quartiere Colle, diversi oliveti e diversi appezzamenti di terreno in varie località comunali (Arpino, Santo Giroldo, 1581).
Circa l’effettivo assetto della chiesa sino al 1700, per la scarsità dei documenti, non si sa nulla, ma sappiamo che nel 1710 la chiesa si presentava come una piccola grotta, ornata da alcune pitture, nella quale era stato allestito un altare, illuminato da un candelabro, dedicato alla Beata Maria Vergine la cui immagine era raffigurata in una nicchia, ed il cui ingresso era delimitato da una cancellata lignea (Atti della Visita Pastorale del Vescovo di Sora Matteo Gagliano 1709 e 1710), assetto confermato dalla PRIMA ET ESATTA PIANTA DI ARPINO di ANDREA PRIMO CAMPIONE del 1704.
Già allora l’afflusso dei fedeli alla piccola chiesa, una volta di proprietà delle monache Benedettine, poi di pertinenza della parrocchia di S. Michele Arcangelo sotto cui era con il titolo di Beneficio Semplice con prebenda perpetua, era molto cospicuo.
Nel 1735 i devoti della chiesa costruirono la sagrestia, allora posizionata a sinistra dello spazio centrale ed anch’essa parzialmente incavata nella roccia, e per avere un maggiore illuminazione della stessa realizzarono una finestra in dirittura del Monastero delle monache Benedettine di S. Andrea Apostolo, ma l’allora Arcibadessa del monastero fece ricorso all’Ecc. Duca di Sora Padrone che diede ordine di murare la finestra (Mons. Luigi Ippoliti, Il monastero delle Benedettine di S. Andrea al Colle in Arpino, 1931).
Tra il 1735 ed il 1766 per motivi sconosciuti la chiesa subì dei danni per poi essere riparata, ampliata e ben provvista di sacri ornamenti grazie alla devozione ed all’elemosina dei fedeli. Così nel 1766 l’impianto presentava due altari, uno ricavato nella roccia dedicato alla Vergine Maria ed un altro dedicato al S.S. Crocifisso da poco eretto e non ancora consacrato, fu realizzato uno spazio centrale, deputato al culto, antistante l’abside circolare contenente l’altare maggiore e fu ricavata una fila di nicchie nella parete rocciosa delimitante questo spazio. In quel periodo la chiesa era nel pieno delle sue funzioni: vi si celebrava una messa dedicata a Sant’Agata la prima domenica di febbraio, una messa dedicata alla Beata Maria Vergine la prima domenica di maggio, oltre ad altre funzioni religiose che si tenevano nei giorni festivi (Vescovo Tommaso Tagliatatela, 1766).
Tra il 1766 ed il 1779 la chiesa viene arricchita di un altro altare dedicato a Sant’Agata ed a San Girolamo ubicato nella parte opposta a quello del S.S. Crocifisso (Sisto y Britto, 1779).
La chiesa poi sostanzialmente non subisce modifiche fino alla prima metà dell’Ottocento, quando già nel 1836 era stata eretta la scala santa con indulgenze plenarie e parziali con conseguente spostamento dell’altare di Gesù Crocifisso nel corpo di fabbrica terminante con una parete curva, aggiunto nella parte destra della chiesa.