По сказанию XV века (в списках «Повести о Темир-Аксаке»), икону написал евангелист Лука. Согласно преданию, икона попала в Константинополь из Иерусалима V веке при императореФеодосии II.Леонид Успенскийв книге «Богословие иконы Православной Церкви» пишет:
В настоящее время в Русской Церкви насчитывается около десяти икон, приписываемых евангелисту Луке <…> Конечно, все эти иконы приписываются евангелисту не в том смысле, что они писаны его рукой; ни одна из написанных им самим икон до нас не дошла. Авторство святого евангелиста Луки здесь нужно понимать в том смысле, что иконы эти являются списками (вернее, списками со списков) с икон, писанных когда-то евангелистом.
В XII веке Владимирская икона была покровительницей прежде всего жителей Владимира, святыней князя Андрея Боголюбского и его приближённых. Однако уже в «Сказании о чудесах Владимирской иконы Божией Матери» второй половины XII века проводится идея покровительства Богоматери над Владимиро-Суздальской Русью и всей Русской землёй. Позднее икона становится главной святыней Руси.
Иконографически Владимирская икона относится к типу Елеуса (Умиление). Младенец припал щекой к щеке Матери. Икона передаёт полное нежности общение Матери и Ребёнка. Мария предвидит страдания Сына в Его земном пути. Подобная иконография была известна в раннехристианском искусстве, но особо широкое распространение она получила в XI веке.
Отличительная особенность Владимирской иконы от прочих икон типа Умиление: левая ножка Младенца Христа согнута таким образом, что видна подошва ступни, «пяточка». На обороте изображены Этимасия (престол уготованный) и орудия страстей, относимые к началу XV века (времени второй починки иконы). Это изображение, возможно, выполнено Андреем Рублёвым. Существует версия, что икона с самого начала была двусторонней: об этом говорят одинаковые формы ковчега и лузги с обеих сторон. Изучение иконы под бинокулярным микроскопом подтвердило датировку XV веком. Фон и буквы были прописаны, возможно, в конце XIX века.
В 2013 году в ходе исследования иконы было установлено, что под нынешним изображением на оборотной стороне, согласно сопоставлению рентгенограмме гвоздей, оставшихся от старого оклада, было изображение некоего святителя, возможно, святого Николая Чудотворца.
Икона является одним из немногих сохранившихся памятников византийской живописи периода комниновского возрождения (1057—1185).
Владимирская икона послужила основой для создания новых иконографий:
- «Сказание о Владимирской иконе»;
- «Владимирская икона с акафистом»;
- «Сретение Владимирской иконы»;
- «Древо государей Российских» («Похвала Владимирской иконе Божией Матери») (создана Симоном Ушаковым);
- Игоревская икона Божией Матери (сокращённый вариант Владимирской иконы).