L’església de l’Ermita de Betlem començà a construir-se el 1818, quan es col·locà la primera pedra. Fins llavors, els ermitans vivien en cel·les senzilles i feien culte en un oratori provisional dins l’antiga torre de Binialgorfa.

La nova església s’aixecà entre el 1818 i el 1824 gràcies a les donacions del canonge Joan Dameto i Dameto, nebot del cardenal Despuig. Els ermitans i artesans d’Artà treballaren conjuntament, aprofitant materials locals —pedra, fusta i calç—, mentre que d’altres arribaren des de Sóller i se’n pujaren a llom d’ase pel camí de ferradura.

El mestre major de la Catedral, Joan Rosselló, dirigí l’obra amb el suport de l’ermità Josep Lladó, conegut com a Josep del Cor de Jesús, qui havia treballat en la construcció de la Cartoixa de Valldemossa. Així doncs, l’església de Betlem s’inspira en les formes i proporcions de l’església cartoixana, adaptades al context eremític i a l’escala del conjunt de Betlem. Hi ha diverses semblances arquitectòniques: un temple d’ordre compost, de planta de creu llatina i cúpula al creuer, tot emblanquinat amb calç. L’església de Betlem serví més tard de model per al santuari de Sant Salvador d’Artà, iniciat el 1825 sota el patrocini del marquès de Bellpuig i beneït l’any 1832, després que l’anterior temple servís de llatzeret per a la pesta de 1820 i s’hagués d’incendiar per “purificar” l’edifici, pràctica sanitària habitual a l’època.

Les decoracions interiors foren afegides més tard. El pintor Francesc Parietti pintà la cúpula el 1863, amb escenes marianes i representacions dels evangelistes. Els marbres i treballs en pedra de l’interior foren realitzats pels mateixos ermitans que també fabricaren altars per moltes esglésies.

El conjunt actual es completà el 1908 amb la construcció de la façana-porxo de tres arcs, que reforçà l’estructura i aportà un nou espai d’acollida als visitants. Aquesta intervenció, feta també pels ermitans, consolidà la fesomia definitiva d’una església que és testimoni viu de la fe, el treball i la perseverança d’aquella comunitat.