L'architecture de cette Chapelle révèle les caractéristiques de construction de la fin du XVe siècle ou début du XVIe siècle, ayant des similitudes évidentes avec l'architecture du Monastère Saint-Pierre de Cête, notamment en ce qui concerne les armoiries.

Il est probable que le responsable de la commande des œuvres de la période manuéline du Monastère de Cête et de la construction du chevet de la Chapelle ait été la même personne.

Maître Arnaus
La peinture murale de cette église est d'une grande beauté artistique et, selon Luís Afonso, elle provint d'une campagne menée vers la moitié du XVIe siècle par le peintre Arnaus, l'auteur des fresques de l'Église Saint-Paio de Midões (Barcelos), datées de 1535.

Cet artiste était particulièrement imaginatif et avait des capacités techniques bien supérieures à celles de ses pairs. Il était le plus intéressant fresquiste de la Renaissance portugaise, avec un travail bien connu et dominé par des effets plastiques de grande virtuosité technique.

L'importance de ce fresquiste, qui exécutait aussi des tableaux sur chevalet, un art qui était considéré plus noble à cette époque, était grande car il avait des commandes de figures importantes de la société de l'époque, comme l'indique Luís Afonso, dont l'abbé de Pombeiro, D. António de Mello. L'ouvrage, selon cet auteur, aurait compris des travaux dans les Églises de Vila Verde, Arnoso et Vila Marim qui appartenaient au patrimoine du Monastère de Pombeiro.

La virtuosité d'Arnaus fit en sorte qu'il profite de la relation symbiotique entre la peinture murale et l'architecture, sachant habilement se servir des fenêtres, des concavités et des arcs aveugles pour créer ou augmenter les effets scénographiques du trompe-l’œil. Grâce à cette technique, explique Luís Afonso, Arnaus donna un plus grand réalisme et une plus grande profondeur à son art.

Il y a encore des traces de peinture murale sur le mur frontal du chevet, mettant en valeur la grande qualité de l'atelier de l'auteur, surtout en raison de la bidimensionnalité de l'image et du dessin des visages des anges, comparables, selon Luís Urbano Afonso, au travail du peintre Arnaus. Celui-ci, ayant plusieurs travaux connus dans la région, est probablement le responsable des peintures murales de la Chapelle qui auraient été réalisées entre 1530 et 1540.
  
Les vertus miraculeuses de Notre-Dame de Vale sont bien évidentes dans les deux ex-voto du XVIIIe siècle, exposés à l'intérieur du bâtiment. Le plus ancien raconte un miracle survenu en 1747 quand un émigrant portugais au Brésil aurait été sauvé d'un siège, survenu entre sept heures du matin et quatre heures de l'après-midi, par un groupe d'indiens, dans un arrière-pays du Paraná, grâce à l'intervention de Notre-Dame de Vale.
  
Le plus récent, daté de 1796, raconte une tempête qui a frappé le bateau où voyageait Custódio Coelho Ferraz Moreira vers le Brésil. Ce dernier, né à Cête, fut sauvé du naufrage grâce à l'intervention de la Vierge de Vale qui, après la demande d'aide, fit arriver au naufragé un fragment du mât, sur lequel il navigua pendant trois heures, avant d'être retrouvé par le pilote de la barre du port de Figueira.

XVe-XVIe siècle - Construction d'origine de la Chapelle ;

XVIe siècle - Construction du porche ;

1530-1540 - Programme de peinture murale ;

XVIIe siècle - Retable du côté de l'épître ;

1979-1980 - Réparations de la toiture, travaux de restauration par d'autres entités, décapage de l'enduit à l'intérieur et à l'extérieur, nettoyage des parements et des joints, démolition de l'escalier extérieur du choeur, démolition de la Chapelle trouvée à la façade nord et fermeture de la baie intérieure y donnant accès, installation de l'autel provenant de Gatão, enlèvement de la chaire et dallage ;

1998 - Intégration de la Chapelle Notre-Dame de Vale à la Route du Roman de Vale do Sousa ;

2004 - Travaux de conservation générale des toitures, parements et baies extérieures ;

2005 - Travaux de conservation générale des plafonds, des revêtements de sol et de l'installation électrique, et conservation des peintures murales, réalisées dans le cadre du projet Route du Roman de Vale de Sousa ;

2013 - Travaux de conservation générale de la Chapelle au niveau des toitures, parements et baies, dans le cadre du projet de la Route du Roman.

Il s'agit d'un exemple de l'architecture religieuse romane, composé d'une chapelle qui offre un plan de forme longitudinale et une seule nef rectangulaire, avec un porche moderne, lui aussi rectangulaire. Le prolongement latéral à droite est pour la sacristie. 

La couverture de la nef est en bois et celle du chevet, maintenant aussi en bois, a été initialement conçue pour recevoir une voûte à croisée d'ogives. Les nervures restantes sont soutenues par des corbeaux de coupe manuéline.

À l'extérieur, les contreforts des angles du chevet sont des exemples de la fin du XVe siècle et du premier quart du XVIe siècle, ainsi que la planimétrie quadrangulaire du chevet. Cependant, la baie d'accès à la sacristie a une moulure datable de l'époque manuéline.

La façade principale, orientée vers l'ouest et précédée par le porche, a un portail d'entrée en arc brisé, avec deux archivoltes, la dernière étant ornée d'éléments semi-sphériques et interrompue au centre par un mascaron.

Chaque archivolte repose sur des colonnes avec des chapiteaux décorés de masques. Au-dessus du portail, il y a une ouverture qui est surmontée d'un petit clocher perçant le pignon.

Les autres façades sans ouvertures, à l'exception de celles du corps de la sacristie, n'ont que quatre contreforts en échelons, dont deux sur les coins du sanctuaire et les autres sur la séparation entre celui-ci et la nef.

Le porche adossé à la façade principale date d'une époque antérieure, mais les corbeaux existants à un niveau supérieur indiquent qu'il y aurait eu un porche encore plus ancien.

Le porche est soutenu par des colonnes reposant sur un petit mur, percé sur le côté et sur la partie frontale d'une entrée avec un portail en fer. À l'intérieur du porche, et flanquant le portail d'entrée de la nef, il existe un font baptismal cylindrique qui repose sur une colonne ornée et une croisée dont la base est cubique.

L'espace intérieur, d'une seule nef, a un autel sculpté du côté de l'épître et un arc triomphal légèrement brisé, soutenu par de petites colonnes.

La chaire à l'extérieur de la Chapelle révèle l'existence de pèlerinages car, à cette époque, la grande affluence de croyants obligeait à la célébration en plein air.

L'Étude d'Amélioration et de Préservation des Espaces Environnants des Monuments de la Route du Roman de Vale do Sousa, définit les lignes directrices et d'encadrement concernant la préparation subséquente des projets techniques d'exécution ainsi que les travaux inhérents d'amélioration et de préservation des espaces environnants des monuments. Cette Étude énonce les contraintes jugées les plus pertinentes en termes de préservation et d'aménagement des espaces environnants de ces bâtiments.
  
L'objectif de l'Étude est de préserver le contexte dans lequel ces monuments sont insérés, notamment à travers l'intégration des contraintes dans des dispositifs légaux - tels que des Zonas Especiais de Proteção [Zones Spéciales de Protection] - pour limiter les interventions urbaines qui puissent mettre en danger l'intégrité de l'espace environnant.

De même, des zones d'action et d'intervention de portée générale, dont il faut tenir compte dans le contexte environnant, ont été définies, afin d'étendre l'aménagement du territoire à une zone plus vaste, permettant ainsi une meilleure circulation des touristes dans la région.

Enfin, l'Étude a défini les interventions prioritaires dans les espaces environnants des monuments, afin de permettre la consolidation des territoires et, simultanément, de rectifier et/ou de créer des structures et des infrastructures de soutien.

Le diagnostic présenté par l'Étude sur ce monument identifie le besoin de préserver et d'améliorer l'ensemble des trois places qui définissent l'espace de Notre-Dame de Vale et de surveiller les opérations urbanistiques qui se déroulent dans les alentours.

Une autre priorité passe par l'uniformisation des bannes et des enseignes des établissements, tout en améliorant l'extérieur des bâtiments.

La Chapelle devra avoir un éclairage spécifique ; pour ce faire, il faudra enlever les supports pour les pots suspendus qui existent sur les lampadaires, et remplacer le câblage aérien par du câblage souterrain.

Le lavoir et la fontaine doivent être enlevés ou bien faire l'objet d'une requalification.

Le mur du fond de l'église était totalement recouvert de fresques jusqu'à ce que, à une époque indéterminée, l'installation d'un retable en bois donna lieu à un ordre de piquage.

Les fragments qui ont résisté à cette intervention présentent une grande cohésion au niveau des enduits et une excellente adhérence sur leur support, sauf dans une petite zone.

La peinture, selon les techniciens qui ont effectué la restauration, représente six anges musiciens, trois de chaque côté de la niche centrale. Les anges supérieurs jouent des instruments à vent et les deux inférieurs jouent de la harpe.

Il est impossible de savoir vers qui les anges supérieurs tournent les yeux, en raison de la destruction de la zone de fermeture. Les parois latérales de la niche sont recouvertes d'une peinture décorative dont la palette est réduite à quelques couleurs, sur un fond noir. Il est cependant possible de percevoir une autre peinture sous-jacente.

L'ouverture de deux "fenêtres" sur les parois latérales de la niche a permis de repérer une grande cohésion au niveau des enduits, avec une usure importante de la couche chromatique, exécutée selon la technique de la fresque, comme celle des anges. Sur la partie supérieure, il existe une peinture à la détrempe.

Afin de protéger la couche chromatique de faible cohésion, on a utilisé des éponges lors du nettoyage à sec, en insistant particulièrement sur les zones blanches et de couleur, pour augmenter le contraste avec le fond noir. Par contre, la peinture sous-jacente a été nettoyée par voie humide.

En raison de la découverte de vestiges d'une fresque plus ancienne sur la partie supérieure droite, il devint impossible de combler toutes les lacunes avec du mortier de chaux et de sable à faible granulométrie.

Cette découverte est cohérente avec l'existence d'un mur de fond antérieur.

On a effectué la réintégration chromatique, à l'aquarelle, dans les petites lacunes de la couche chromatique de la peinture plus récente, sans soumettre la peinture sous-jacente à ce même processus.

Les joints du mur du fond ont reçu un mortier de chaux et de sable à moyenne granulométrie pour combler en profondeur, et après, ils ont été soumis à un nivellement en appliquant le même mortier utilisé sur les parois latérales.  Deux badigeons ont ensuite été appliqués, pour effacer les traces de peinture à l'eau bleu foncé, en terminant avec un badigeon légèrement pigmenté de terre.

Le nettoyage de la peinture du mur du fond du sanctuaire a été réalisé par voie humide, avant de procéder à sa consolidation.

La peinture de la fresque a été exécutée sur un enduit peu épais et la palette de couleurs a été réduite au blanc, noir, terre et à un fond bleu. L'artiste n'a probablement pas aimé l'intensité du bleu, car il lui a ensuite appliqué une mince couche d'eau de chaux, afin de l'atténuer.

Les parois latérales du sanctuaire ont d'abord reçu un badigeon blanc, suivi d'une couche de mortier de chaux et de sable à faible granulométrie sur les joints, pour corriger les grandes inégalités du remplissage avec du ciment, mais sans aucun souci de nivellement total.

On a ensuite appliqué un badigeon de chaux pigmentée, identique à la chaux utilisée pour le mur du fond de la niche. Un deuxième badigeon de chaux pigmentée a été appliqué uniquement sur les pierres.