Na de geheel toevallige ontdekking vond tussen 1953 en 1966 het archeologisch onderzoek plaats, uitgevoerd door de Nederlandse archeologen M.J. Vermaseren en C.C. van Essen.
Zoals vaak het geval is, werd het mitraeum gevestigd in een bestaand privéhuis dat zich uitstrekt onder het noordelijke deel van de kerk en de omliggende binnenplaats. Het huis, voorzien aan de oostkant van een vierzijdige zuilengang rondom een tuin, is te dateren rond het einde van de 1e eeuw na Christus en onderging enkele veranderingen in de loop van de 2e eeuw.
De ruimte wordt gekenmerkt door twee symmetrisch geplaatste nissen aan weerszijden van de ingang en twee licht hellende podia die aan de lange zijden zijn aangebracht en een centrale gang afbakenen richting de grote cultusnis tegen de achterwand. In de twee nissen naast de ingang stonden oorspronkelijk de beelden van de twee dadoforen, Cautes en Cautopates.
In de grootste nis stond in het midden de groep die Mitra afbeeldt, met de wapperende mantel, samen met de hond en de stier; hiervan zijn nog enkele fragmenten over.
De twee lange zijmuren zijn boven de podia gedecoreerd met twee reeksen fresco’s, te dateren aan de hand van de twee verschillende bouwfasen op circa 200 en 220 na Christus. Ze beelden de heilige processies, de zeven initiaties van de mystae en het goddelijke banket uit. Op de rechtermuur, in het eerste deel, is een reeks figuren te zien, gekleed in een rode tuniek, die zich voorbereiden om de suovetaurilia (offer van een varken, een schaap en een stier) te vieren. Iedere figuur wordt bovenaan gekroond, een werkelijk unieke getuigenis, door een inscriptie, afgeleid van mitraïsche hymnes, die hun initiatiegraad aangeeft.
Op de tegenoverliggende lange muur gaat de voorstelling van de processie van de leones verder, aangeduid in de inscripties met de graad van initiatie vergezeld van de eigen naam, en deze eindigt nabij een grot; binnenin, bij een tafel, bevinden zich Mitra, met een rood palla en een fryske muts, afgebeeld in het gebaar van het heffen van het glas, en de Zon, met een stralende nimbus, die de aardbol aan zijn zijde vasthoudt; naast de twee godheden een kleine dienaar. De scène stelt het banket voor waarin de twee godheden eeuwige verbintenis zweren.
