El descubrimiento, totalmente fortuito, fue seguido entre 1953 y 1966 por una investigación arqueológica dirigida por los arqueólogos holandeses M.J. Vermaseren y C.C. van Essen.
Como solía ocurrir, el mitreo se instaló en una casa privada preexistente, situada bajo la parte norte de la iglesia y el patio circundante. La casa, dotada al este de un quadriporticus alrededor de un jardín, data de finales del siglo I d.C. y fue modificada durante el siglo II.
El espacio se caracteriza por dos nichos simétricos en los laterales de la entrada y por dos podios ligeramente inclinados, apoyados a los muros largos, que delimitan un pasillo central hacia el gran nicho culto adosado al muro de fondo. En los nichos laterales del acceso originalmente se encontraban las estatuas de los dos portadores de antorcha, Cautes y Cautopates.
En el nicho principal se situaba, en el centro, el grupo que representaba a Mitra con capa al viento, junto al perro y el toro; actualmente se conservan algunos fragmentos.
Las largas paredes laterales están decoradas, sobre los podios, con dos ciclos de frescos datados, según las fases constructivas, hacia el 200 y 220 d.C. Representan las procesiones sagradas, los siete grados de iniciación de los mystae y el banquete divino. En la pared derecha, en la primera parte, aparece una serie de figuras vestidas con túnicas rojas preparándose para celebrar el suovetaurilia (sacrificio de cerdo, oveja y toro). Sobre cada figura, un detalle verdaderamente excepcional, hay una inscripción basada en himnos mitraicos que indica el grado de iniciación correspondiente.
En la pared opuesta continúa la representación de la procesión de los leones, identificados por su grado y nombre propio en las inscripciones, que culmina cerca de una cueva; en su interior, junto a una mesa, están Mitra, con capa roja y gorro frigio, representado brindando, y el Sol, con nimbo radiante, que sostiene el globo terráqueo; junto a las divinidades, un pequeño sirviente. La escena muestra el banquete donde ambas divinidades se juran eterna alianza.
