Ao ser encontrado, de forma totalmente acidental, seguiu-se nos anos de 1953 a 1966 a investigação arqueológica conduzida pelos arqueólogos holandeses M.J. Vermaseren e C.C. van Essen.
Como frequentemente acontece, o mitreu foi instalado em uma casa privada preexistente que se estende na área abaixo da parte norte da igreja e do pátio ao redor. Voltada para o leste com um quadriportico disposto ao redor de um jardim, a casa é datada do final do século I d.C. e sofreu algumas transformações ao longo do século II.
O ambiente é caracterizado por duas nichos postos simetricamente ao lado da entrada e por dois pódios ligeiramente inclinados que, apoiados nos lados longos, delimitam um corredor central em direção ao grande nicho de culto encostado na parede de fundo. Nas duas nichos ao lado da entrada estavam originalmente colocadas as estátuas dos dois dadoforos, Cautes e Cautopates.
No nicho maior estava colocado, no centro, o grupo representando Mitra, com o manto esvoaçante, junto ao cão e ao touro: restam alguns fragmentos.
As duas longas paredes laterais são decoradas, acima dos pódios, por dois ciclos de afrescos datados, em relação às duas fases edificantes diferentes, de 200 e 220 d.C. Retratam as procissões sagradas, os sete graus de iniciação dos mystae e o banquete divino. Na parede direita, no primeiro trecho, há uma série de personagens, vestidos com túnica vermelha, que se preparam para celebrar o suovetaurilia (sacrifício de um porco, uma ovelha e um touro). Cada personagem é sobreposto, testemunho verdadeiramente único, por uma inscrição, derivada de hinos mitraicos, que indica seu grau de iniciação.
Na parede longa oposta prossegue a representação da procissão dos leones, indicados nas inscrições pelo grau de iniciação acompanhado do nome próprio, que se conclui perto de uma caverna; dentro, próximo a uma mesa, estão Mitra, com pálio vermelho e barrete frígio, representado no ato de brindar, e o Sol, com o nimbo raiado, que segura ao seu lado o globo terrestre; ao lado das duas divindades, um pequeno servo. A cena representa o banquete em que as duas divindades juram eterna aliança.
