L’edificio è situato sul lato destro della strada che da Casorzo conduce ad Altavilla, zona che in epoca romana è stata sede di un fundus imperiale e presso la quale sono state rinvenute monete e altri reperti. Il toponimo “Molignano” deriverebbe difatti dal personale latino Molenius, da cui fundus molenianus. Nel 1298-99 venne elencata senza titolo nei registri delle decime della diocesi di Vercelli sotto la pieve di Rosignano e in quelli del 1348 con il titolo di Sancte Marie di Molignano. Nel 1710 l’abate di Lavriano la cita come Beata Vergine di Molignano. Nel 1880 la Chiesa venne abbattuta e ricostruita a partire dal 1884.
Orientata verso nord, è a pianta rettangolare, con muratura a corsi alterni di arenaria e di mattoni. Presenta un piccolo campanile sul lato destro, con campana datata 1781. L’interno è a una sola navata con volta a botte e prende luce da tre finestre, una sopra la porta d’ingresso e due nelle pareti laterali. Il presbiterio, con volta a cupola, è sollevato di un gradino. Un leggero cornicione separa le pareti dalle volte. A destra dell’entrata si trova un bassorilievo in marmo bianco, già inglobato all’esterno nella parete di fondo e trasferito in loco nel 1989 a cura della Sovraintendenza per i Beni Ambientali e Culturali del Piemonte. Vi sono scolpiti i busti di due donne appaiate, tuttavia la presenza di un drappeggio, a lato della donna più giovane, fa intuire la presenza di una terza figura. E’ stato datato, per mezzo dell’analisi del carbonio-14 al III secolo d.C. ed è possibile ritenere che si tratti di un frammento di una stele funeraria, forse appartenente a proprietari terrieri che disposero di essere sepolti nel fundus anche se alternavano il soggiorno rurale con quello urbano.
Il basamento dell’altare è costituito da due blocchi di arenaria sovrapposti, anch’essi inglobati nella parete laterale e trasferiti in loco nel 1965. Quello inferiore, nel quale si può notare scolpito un agnello, è presumibilmente un frammento del capitello di una colonna. Nel superiore, forse un frammento del fregio di un altare, si evidenziano due pesci o due volpi, fronteggiantesi con le code ripiegate in avanti sul dorso.
Sulla parete di fondo spicca una tela del pittore vignalese Luigi Pavese, datata 1886, rappresentante L’Annunciazione di Maria Vergine, sotto alla quale si trova una statua in legno della Madonna, di fattura secentesca, la cui tradizione vuole far provenire da Albenga, recuperata in mare dopo un naufragio. In una nicchia della parete laterale sinistra del presbiterio è posta un’altra statua in gesso della Madonna. I 14 dipinti su rame dell’artista Maria Pia Rossi costituiscono infine la “Via Crucis”.