O terreno para a construção do templo, em Atafona, foi doado por Francisca de Barreto de Jesus Faria, esposa do comendador Joaquim Thomaz de Faria. As obras começaram em 1860. Quinze anos depois, com o templo ainda em construção, o local recebeu foi visitado pelo Imperador do D. Pedro II em sua segunda viagem ao município. A construção foi concluída em 1881. Em 2008, a Igreja de Nossa Senhora da Penha foi reformada por iniciativa da Irmandade. A imagem da santa, padroeira de Atafona, passou por um processo de restauração em 2016. Dois anos depois a Igreja de Nossa Senhora da Penha foi elevada a Santuário Estadual pelo bispo diocesano Dom Roberto Francisco Ferrería Paz.