Η βυζαντινή εκκλησία της Παναγιάς του Κάστρου βρίσκεται στην Μεσαιωνική Πόλη της Ρόδου​ και οικοδομήθηκε πιθανότατα τον 11ο αιώνα. Αρχικά αποτέλεσε την ορθόδοξη μητρόπολη αλλά μετά την κατάληψη της Ρόδου από τους Ιωαννίτες ιππότες, καθιερώθηκε ως καθεδρικός αρχιεπισκοπικός ναός των Λατίνων, αφιερωμένος επίσης στη Θεοτόκο, με το όνομα Sancta Maria Castelli Rodi. Μετά από τις ζημιές που υπέστη κατά το σεισμό του 1303, ο βυζαντινός ναός μετασκευάστηκε σε τρίκλιτη βασιλική με υπερυψωμένο το κεντρικό κλίτος και τριμερές ιερό, στεγασμένη με γοτθικά σταυροθόλια.

Οι εργασίες αποκατάστασης ξεκίνησαν τον Ιούλιο του 2011 όταν το έργο εντάχθηκε στο ΕΣΠΑ - Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Κρήτης και Νήσων Αιγαίου και ολοκληρώθηκε το 2014. Ομάδα του Ινστιτούτου Επιστήμης Υλικών του ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος ανέλαβε την ανάλυση των υφιστάμενων κονιαμάτων και κατέθεσε πρόταση τόσο για τα κονιάματα αποκατάστασης, όσο και για τη βέλτιστη λύση που αφορά στη σύσταση των ενεμάτων, που προβλεπόταν από τη στατική μελέτη. Ακολούθησε ο καθαρισμός με μηχανικά μέσα όλων των εσωτερικών επιφανειών των λιθοδομών και ο εντοπισμός των περιοχών όπου το υφιστάμενο κονίαμα υπήρχε, αλλά ήταν σαθρό. 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. Ιδιαίτερη σημασία δόθηκε στις εργασίες συντήρησης των τοιχογραφιών που βρίσκονται εντοιχισμένες μέσα στον ναό και στην 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.