Ο ιερέας Αγάθων ο Εφέσιος αναχώρησε από τα Ιεροσόλυμα και έφτασε στη Λέσβο, όπου επικρατούσε εικονόφιλο φρόνημα, έχοντας μαζί του διάφορα ιερά κειμήλια και μια παλιά εικόνα με τη Θεοτόκο να κρατά στην αγκαλιά της τον Ιησού και την επιγραφή «Μήτηρ Θεού Αγία Σιών». Ο Αγάθων εγκαταστάθηκε σε μια έρημη τότε τοποθεσία στην πλαγιά του Ολύμπου, όπου σήμερα βρίσκεται το παρεκκλήσι της Ζωοδόχου Πηγής, γνωστό ως Αγίασμα, και ασκήτευε κρύβοντας την εικόνα και τα άλλα ιερά κειμήλια.
Σιγά σιγά, μαζί με άλλους ασκητές έχτισε ένα μικρό μοναστήρι. Ο Κύριος κάλεσε κοντά Του τον Αγάθωνα την ημέρα της Υπαπαντής (2 Φεβρουαρίου) του 830. Σύμφωνα με την επιθυμία του, οι μοναχοί τον έθαψαν κοντά στο μοναστήρι, στη θέση όπου σήμερα βρίσκεται ο Ναός της Παναγίας. Μετά το τέλος της Εικονομαχίας, το 843, οι μοναχοί φανέρωσαν την εικόνα τας Παναγίας.
Επειδή η προσέλευση του κόσμου ήταν πολύ μεγάλη, έχασαν νέο, μεγαλύτερο ναό. Τότε άρχισε να δημιουργείται και το χωριό γύρω από το μοναστήρι, που από το όνομα της εικόνας ονομάστηκε Αγιάσος. Ο ναός εγκαινιάστηκε το 1173, αλλά το 1806 κατεδαφίστηκε διότι είχε θέματα στατικότητας. Ο νέος ναός-στην ίδια θέση-καταστράφηκε λίγο προτού ολοκληρωθεί, το 1812, από πυρκαγιά που έκαψε μεγάλο τμήμα της Αγιάσου. H εικόνα της Παναγίας και οι περισσότερες ιερές εικόνες σώθηκαν, αλλά ο ναός έπρεπε να ξαναχτιστεί.
Το 1815, με άδεια του σουλτάνου Μαχμούτ Β', οικοδομήθηκε η εκκλησία που υπάρχει σήμερα, μια τρίκλιτη τρίκογχη βασιλική με μεγάλο γυναικωνίτη, μαρμάρινο τέμπλο και δεσποτικό θρόνο. H εικόνα της Αγίας Σιών βρισκόταν για αιώνες δίπλα στην Ωραία Πύλη, ντυμένη με επίχρυση επένδυση και πολύτιμα πετράδια. Είχε μεγάλο πάχος και το πίσω μέρος της ήταν καλυμμένο με βυσσινί βελούδο. Στην Αγιάσο υπήρχε μια παράδοση σύμφωνα με την οποία μέσα στο πάχος της ήταν κρυμμένη η παλιά εικόνα του Αγάθωνα.
Το 1938 ο αοίδιμος Μητροπολίτης Ιάκωβος ο από Δυρραχίου (1925-1958) αποφάσισε να λύσει το μυστήριο παρουσία μαρτύρων. Αφαιρώντας ένα ένα τα από αιώνων αλλεπάλληλα καλύμματα, αποκαλύφθηκε ένα ξύλινο κιβώτιο με την εικόνα της Παναγίας που είχε φέρει ο Αγάθων τυλιγμένη σε ύφασμα εμποτισμένο σε κηρομαστίχη-δυστυχώς πολύ κατεστραμμένη. Το εξαιρετικής τέχνης αντίγραφο χρονολογείται στην υστεροβυζαντινή περίοδο.
'Οταν ολοκληρώθηκε η συντήρησή της, κατασκευάστηκε μαρμάρινο προσκυνητάρι μπροστά από την εικόνα της Παναγίας του τέμπλου και πάνω σε αυτό τοποθετήθηκε με ασφαλή τρόπο η αρχαία εικόνα.
