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Nel 1221, in una bolla di Onorio III, si conferma al monastero di S. Martino in Valle il possesso delle chiese di S. Angelo e S. Flaviano di Palombaro.

E' questa l'unica notizia relativa alla nostra chiesa rupestre, ma sicuramente rivela di più la tradizione locale che vuole che nella grotta vi fosse un santuario dedicato a Bona, dea della fertilità. Pare che le puerpere si recassero nella grotta per aspergere le mammelle con l'acqua che scaturiva all'interno e favorire così l'abbondanza di latte.

La presenza di numerose vasche scavate nella roccia sembra confermare questa antica usanza; il luogo ha tutte le caratteristiche perchè vi nascesse in seguito un culto per S. Michele Arcangelo: la cavità, l'acqua, la presenza pastorale.

I resti della zona absidale risalgono sicuramente all'XI secolo e sono nobilitati dalla evidente somiglianza con la coronatura ad archetti pensili di S. Liberatore a Majella.