Η χρονολογία κατασκευής της Βυζαντινής μητρόπολης της Ρόδου, Παναγιά του Κάστρου, τοποθετείται, σύμφωνα με τα ανασκαφικά ευρήματα, στον 11ο αιώνα. Βρίσκεται στη βορειοανατολική πλευρά του Κολλάκιου και στην αρχική της μορφή ήταν μια τρίκλιτη, σταυροειδής, εγγεγραμμένη με τρούλους, Βασιλική, διαστάσεων 26,50 μ. Χ 20,50 μ. και ύψος 27,00 μ. Πιθανώς σημειώθηκε κατάρρευση του μεσαίου κλίτους με τον τρούλο κατά το σεισμό του 1303. Μεταξύ των ετών 1319 και 1334 επισκευάζεται και μετασκευάζεται σε τρίκλιτη βασιλική, με το μεσαίο κλίτος υπερυψωμένο και στεγασμένο με γοτθικά σταυροθόλια. Η μετατροπή αυτή και η χρήση του μνημείου ως καθεδρικού ναού επιβεβαιώνει τον κυρίαρχο ρόλο της καθολικής εκκλησίας και των κατακτητών ιπποτών του Τάγματος του Αγίου Ιωάννη στο νησί.
Ο σημερινός τύπος του ναού δεν είναι καθαρά βυζαντινός ή γοτθικός, αλλά συνδυασμός και των δύο. Έχει διατηρήσει αρκετά από τα αρχικά τυπολογικά χαρακτηριστικά της τρίκλιτης σταυροειδούς εγγεγραμμένη εκκλησίας, τουλάχιστον την κάτοψη και τον εγκάρσιο θόλο. Στη θέση του ημικυλινδρικού θόλου του μεσαίου κλίτους, στον τρούλο και την τεταρτοσφαιρική κάλυψη της κεντρικής κόγχης του ιερού, κατασκευάσθηκαν τρία σταυροθόλια. Η ημικυκλική εσωτερικά και τρίπλευρη εξωτερικά κάτοψη της κόγχης του ιερού μετατράπηκε ψηλότερα σε γοτθική πεντάπλευρη. Οι τοίχοι των σταυροθολίων είναι λεπτότεροι και δημιουργούν αντηρίδες στο άνω τμήμα της λιθοδομής.
Κατά τη διάρκεια της Τουρκοκρατίας ο ναός μετατράπηκε σε μουσουλμανικό τέμενος με την ονομασία Καντουρί τζαμί. Στη φάση αυτή προστέθηκε προστώο με περιμετρική τοξοστοιχία, στεγασμένο με τρεις ημισφαιρικούς τρούλους στη δυτική όψη και μιναρέ στη νοτιοδυτική γωνία. Εσωτερικά κατασκευάστηκε κόγχη προσευχής «μιχράμπ», ενώ διαπλατύνθηκαν και τα τόξα επικοινωνίας με τα πλάγια κλίτη για λειτουργικούς σκοπούς.
Το 1940 η ιταλική διοίκηση προχώρησε σε εργασίες με σκοπό την καθαίρεση όλων των στοιχείων της Τουρκοκρατίας (προστώο και μιναρέ) και αποκατάστησε τη μορφή του στο πλαίσιο της πολιτικής της αναβίωσης του ιπποτικού χαρακτήρα της πόλης. Η εκκλησία της Παναγιάς του Κάστρου υπέστη ζημιές στον σεισμό του 1957 και στη συνέχεια η Αρχαιολογική Υπηρεσία με πενιχρούς πόρους προχώρησε στην αποκατάσταση των ζημιών.
Το έργο «Αποκατάσταση και ανάδειξη εκκλησίας «Παναγιά του Κάστρου» στη Ρόδο» εντάχθηκε στο ΕΣΠΑ- Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Κρήτης και Νήσων Αιγαίου με Προϋπολογισμό 500.000,00€ στις αρχές του 2011 και ολοκληρώθηκε το 2014. Οι εργασίες αποκατάστασης ξεκίνησαν τον Ιούλιο του 2011 με τον καθαρισμό του χώρου και την κατασκευή μεταλλικών ικριωμάτων στο εσωτερικό. Συγχρόνως ανατέθηκε στην ομάδα του Ινστιτούτου Επιστήμης Υλικών του ΕΚΕΦΕ ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ η ανάλυση των υφιστάμενων κονιαμάτων και κατατέθηκε εκ μέρους τους πρόταση τόσο για τα κονιάματα αποκατάστασης, όσο και για τη βέλτιστη λύση που αφορά στη σύσταση των ενεμάτων, που προβλεπόταν από τη στατική μελέτη.
Προχώρησε, ως πρώτο στάδιο των εργασιών, ο καθαρισμός με μηχανικά μέσα όλων των εσωτερικών επιφανειών των λιθοδομών και ο εντοπισμός των περιοχών όπου το υφιστάμενο κονίαμα υπήρχε, αλλά ήταν σαθρό. Σκοπός αυτής της φάσης ήταν να εντοπισθούν τα σημεία εκείνα όπου το αρχικό κονίαμα θα μπορούσε να διατηρηθεί.
Η δεύτερη φάση εργασιών προέβλεπε την αντιμετώπιση των ρηγματώσεων με συρραφές λιθοδομών και προετοιμασία για την κατασκευή ενεμάτων. Πραγματοποιήθηκαν εργασίες αρμολόγησης με τα προτεινόμενα κονιάματα αποκατάστασης στο σύνολο των εσωτερικών επιφανειών και τοποθετήθηκαν σωληνίσκοι για τα προβλεπόμενα ενέματα στους τέσσερις εσωτερικούς πεσσούς. Η ίδια διαδικασία ακολουθήθηκε στη βόρεια, ανατολική και τμήμα της νότιας όψης και συγχρόνως τοποθετήθηκαν νέα ξύλινα παράθυρα.
Ιδιαίτερο κεφάλαιο της προσπάθειας αυτής αποτελούν οι εργασίες συντήρησης τοιχογραφιών και αρχαιολογικών ευρημάτων. Πραγματοποιήθηκαν εργασίες συντήρησης των τοιχογραφιών που βρίσκονται εντοιχισμένες εντός του ναού και συντήρηση των ανασκαφικών ευρημάτων του χώρου.
Κατά την τελευταία δεκαετία το μνημείο ήταν ανοικτό για το κοινό, φιλοξενώντας ειδικές πολιτιστικές εκδηλώσεις, καθώς και μόνιμες εκθέσεις βυζαντινής ζωγραφικής και της ιστορίας, του μνημείου. Το μνημείο εμφάνιζε τοπικές ρωγμές στις θολοδομίες και σε κατακόρυφες λιθοδομές και απόκλιση από την κατακόρυφο σε πεσσούς στο μεσαίο τμήμα. Προβλήματα υγρασίας εμφάνιζε στα σταυροθόλια, λόγω της αστοχίας της επικάλυψης με υδραυλικό κονίαμα (κουρασάνι), στη νότια λιθοδομή και στα σημεία των ανοιγμάτων, λόγω της αποσάθρωσης των ξύλινων κουφωμάτων. Εκτός των παραπάνω παρουσίαζε συνολική (γενική) απώλεια κονιάματος αρμολόγησης και τμηματικές αποδιοργανώσεις λιθοδομών.
Υλοποιήθηκε στο πλαίσιο του ΕΣΠΑ 2007-2013 (Επιχειρησιακό πρόγραμμα Κρήτης και νήσων Αιγαίου)
