La chiesa attuale, risultato di numerosi restauri avvenuti in età moderna e contemporanea, insiste su un preesistente edificio di culto romanico. Il prospetto in stile neoclassico fu realizzato nel 1803 su progetto dell'architetto barese Giuseppe Gimma. L'interno, diviso in tre navate, segue lo stile neo-romanico, corrente artistica che si sviluppò in Europa tra XIX-XX secolo col ritorno agli schemi architettonici medievali. Tra le opere d'arte di rilievo segnaliamo la Pietà, olio su tela attribuito a Fabrizio Santafede (1560- 1634), la statua in pietra della Madonna delle Grazie, attribuita a Stefano da Putignano (XVI secolo) e la statua processionale di San Rocco, patrono di Casamassima, scolpita nel XVIII secolo da Riccardo Brudaglio di Andria. Indagini archeologiche recentemente condotte sotto l'edificio di culto attuale hanno messo in luce un vasto sepolcreto e le fondazioni della preesistente chiesa romanica.