La découverte du site, entièrement fortuite, fut suivie, de 1953 à 1966, par des fouilles archéologiques menées par les archéologues néerlandais M.J. Vermaseren et C.C. van Essen.
Comme c’était fréquemment le cas, le mithraeum a été installé dans une maison privée préexistante, située sous la partie nord de l’église et de la cour attenante. Dotée à l’est d’un quadriportique entourant un jardin, la maison remonte à la fin du Ier siècle après J.-C. et a subi des transformations au IIe siècle.
L’ensemble se distingue par deux niches symétriques de part et d’autre de l’entrée et deux banquettes légèrement inclinées longeant les murs latéraux, délimitant ainsi un couloir central qui mène à la grande niche de culte au fond. Aux abords de l’entrée, dans les niches latérales, se trouvaient à l’origine les statues des deux porteurs de flambeau, Cautès et Cautopates.
Dans la niche principale, au centre, se trouvait un groupe sculpté représentant Mithra, avec sa cape flottante, accompagné du chien et du taureau ; il n’en reste aujourd’hui que quelques fragments.
Les deux longues parois latérales, au-dessus des banquettes, sont décorées de deux cycles de fresques, correspondant aux différentes phases de construction, datées autour de 200 et 220 après J.-C. Elles illustrent les processions sacrées, les sept grades d’initiation des mystae et le banquet divin. Sur le mur de droite, au début, une série de personnages en tunique rouge se préparent à célébrer le suovetaurilia (sacrifice d’un porc, d’un mouton et d’un taureau). Au-dessus de chaque personnage, élément vraiment unique, une inscription tirée des hymnes mithriaques mentionne leur grade d’initiation.
Sur le mur opposé se poursuit la procession des leones, nommés dans les inscriptions avec leur grade d’initiation, qui débouche près d’une grotte ; à l’intérieur, autour d’une table, se trouvent Mithra — vêtu d’un pallium rouge et d’un bonnet phrygien — représenté en train de porter un toast, et le Soleil, à l’auréole rayonnante, tenant le globe terrestre ; à côté des divinités, un petit serviteur. Cette scène évoque le banquet au cours duquel les deux dieux se jurent une alliance éternelle.
