Το μεγάλο κρηναίο οικοδόμημα, που αποκαλύφθηκε μεταξύ του Θεάτρου και της μεγάλης βόρειας στοάς της Αγοράς της Μεσσήνης, ταυτίζεται με την Κρήνη Αρσινόη, για την οποία μας πληροφορεί ο Παυσανίας. Σύμφωνα με αυτόν, η Κρήνη πήρε το όνομά της από την Αρσινόη, κόρη του μυθικού βασιλιά της Μεσσηνίας Λεύκιππου και μητέρα του Ασκληπιού. Η κατασκευή της ανάγεται στα τέλη του 3ου αι. π. Χ., ενώ μετατροπές και επισκευές στο οικοδόμημα πραγματοποιήθηκαν κατά τον 1ο και 3ο αι. μ.Χ.

Η Κρήνη Αρσινόη αποτελείται από επιμήκη δεξαμενή μήκους περίπου 40μ., που βρίσκεται μπροστά από αναλημματικό τοίχο. Ανάμεσα στη δεξαμενή και στο ανάλημμα υπήρχε αβαθής στοά από ιωνικούς ημικίονες. Στο μέσον ακριβώς της επιμήκους δεξαμενής αποκαλύφθηκε ημικυκλικό βάθρο, όπου είχε ανιδρυθεί γλυπτική σύνθεση (σύνταγμα) από χάλκινους ανδριάντες. Χαμηλότερα από την επιμήκη δεξαμενή υπήρχαν δύο ακόμη δεξαμενές συμμετρικά τοποθετημένες, δεξιά και αριστερά από πλακόστρωτο αίθριο.

Στα τέλη του 3ου αι. π.Χ. (α' οικοδομική φάση) δωρική κιονοστοιχία έκλεινε την πρόσοψη της κρήνης, η οποία, σύμφωνα με τις επιγραφές, καταργήθηκε στα χρόνια του Νέρωνα (β' οικοδομική φάση-1ος αι. μ.Χ.). Σωζόμενη επιγραφή επιβεβαιώνει την ταύτιση της κρήνης με το κτίσμα που περιγράφει ο Παυσανίας, και υποδεικνύει, ότι στην ημικυκλική εξέδρα της επάνω επιμήκους δεξαμενής πρέπει να είχαν στηθεί χάλκινα αγάλματα της οικογένειας του Αυγούστου.

Στα τέλη του 3ου αι. μ.Χ. ανάγεται η γ΄ και τελευταία οικοδομική φάση επισκευών και μετατροπών του κρηναίου οικοδομήματος. Τότε προστέθηκαν δύο τετράγωνοι πρόβολοι (πόδια), που προεξέχουν συμμετρικά στα άκρα του κτίσματος. Για την προσθήκη αυτή χρησιμοποιήθηκε οικοδομικό υλικό από το ανάλημμα του γειτονικού Θεάτρου στους χρόνους του Διοκλητιανού (284-305 μ.Χ.).

Στο πλαίσιο της γενικότερης οικονομικής κατάρρευσης της ρωμαϊκής αυτοκρατορίας και της επιδείνωσης που επήλθε στη ζωή της πόλης από σεισμούς και βαρβαρικές επιδρομές, η Κρήνη Αρσινόη ακολουθεί την τύχη των υπολοίπων δημόσιων και ιερών οικοδομημάτων της Μεσσήνης, τα οποία εγκαταλείφθηκαν γύρω στο 360/370 μ.Χ. Σύμφωνα με τα ανασκαφικά δεδομένα, το ανατολικό τμήμα της Κρήνης παρέμεινε στη θέση του, και χρησιμοποιήθηκε και κατά την Πρωτοχριστιανική περίοδο. Μετά από απουσία δραστηριότητας στο χώρο για μεγάλο χρονικό διάστημα, η περιοχή της Κρήνης και του γειτονικού Θεάτρου κατοικείται πάλι από τις αρχές του 10ου αι. μ.Χ. και εξής.

Ο Παυσανίας αναφέρει ότι η Κρήνη Αρσινόη δεχόταν νερό από την πηγή Κλεψύδρα, που βρίσκεται μέσα στο σημερινό χωριό Μαυρομάτι, δίπλα στο υστεροβυζαντινό εκκλησάκι του Αη Γιάννη του Ριγανά. Σύμφωνα με τον αρχαίο περιηγητή, όταν οι Κουρήτες απήγαγαν τον Δία-βρέφος σώζοντάς τον από τη φονική οργή του πατέρα του Κρόνου, τον παρέδωσαν στις τοπικές νύμφες Ιθώμη και Νέδα. Εκείνες έλουσαν το βρέφος στην πηγή, η οποία ονομάστηκε Κλεψύδρα (κλέπτω+ύδωρ) σε ανάμνηση της απαγωγής/κλοπής του θεϊκού βρέφους.

Η αρχαία Κρήνη Κλεψύδρα είχε μνημειακές διαστάσεις, αλλά τα αρχιτεκτονικά μέλη της έχουν ενσωματωθεί σε νεώτερες κατασκευές. Η ανασκαφή στο χώρο έδειξε, ότι αποτελείτο από μεγάλο προστώο (6Χ12μ. περίπου), από το οποίο σωζόταν τμήμα του στυλοβάτη και μέρος πλακόστρωσης από επιμελημένους πωρόπλινθους. Στο αρχαίο ανάλημμα της συλλέκτριας δεξαμενής εδράζεται σύγχρονο ανάλημμα. Στη θέση της αρχαίας δεξαμενής κατασκευάστηκε νεώτερη από σκυρόδεμα στις αρχές της δεκαετίας του ΄50. Στο χώρο της αρχαίας κρήνης λειτουργούσε αποθέτης ιερού, αφιερωμένου στον Αχελώο, χθόνια θεότητα του νερού (9ος/8ος αι. π.Χ.)