Non loin du téménos, également en périphérie méridionale de la ville romaine, un mithraeum fut édifié vraisemblablement à la fin du IIe s. de notre ère. Il a été découvert en 1993 à l’occasion de la construction d’un immeuble et a pu être conservé dans son sous-sol, à la place des caves projetées.

Dans le cadre de visites accompagnées, il est présenté sous forme d’un spectacle audiovisuel. Le mithraeum a des dimensions de l’ordre de 23,36 m sur 8,95 m et devait avoir une apparence austère car ses façades n’étaient apparemment percées d’aucune fenêtre. Il se composait d’un hall d’entrée (A) presque carré auquel on accédait par une porte latérale. On y trouvait des foyers sur lesquels on cuisait des aliments. Une sacristie, l’apparatorium (B), était réservée dans un de ses angles. Du hall, on accédait dans le saint des saints du sanctuaire, le spelaeum (C) en descendant trois marches. Cette salle, longue de 14,40m était bordée de deux banquettes (d) sur lesquelles s’allongeaient obliquement les initiés pour participer notamment à des repas sacramentels. Au fond du spelaeum se trouvait un podium (e) précédé de quelques marches sur lequel étaient disposés des autels à offrandes consacrés par des personnages importants de la cité. Le tout était dominé par l’image de la tauroctonie, représentation rituelle, toujours la même, figurant le dieu Soleil invincible Mithra tuant le taureau blanc en lui enfonçant un poignard au défaut de l’épaule.

A Martigny, fait exceptionnel, cette tauroctonie était composée d’éléments en bronze disparates. Les nombreux objets votifs découverts (plus de 2000 monnaies, des fragments de cristal de roche, des récipients en terre cuite, etc.) et les constats archéologiques indiquent que le mithraeum, édifié vraisemblablement enter 150 et 200 apr. J.-C., fut détruit en deux phases par les premiers chrétiens dès le début du Ve s.