Ο μικρός ναός της Αρτέμιδος, βρίσκεται στο κεντρικό τμήμα του Ιερού, ανάμεσα στο κτίριο Ε και στο Τελετουργικό Εστιατόριο. Κτίστηκε στο τέλος του 4ου αιώνα π. Χ. και παρέμεινε σε χρήση έως την ύστερη αρχαιότητα.

Η άσκηση λατρείας της Αρτέμιδος στο Ιερό χρονολογείται ήδη από τον 5ο αι. π. Χ, σύμφωνα με επιγραφική μαρτυρία. Ο ναός ήταν πρόστυλος με 6 δωρικούς κίονες στην πρόσοψη και εσωτερική κορινθιακή κιονοστοιχία σε σχήμα Π. Στο σηκό ήταν ιδρυμένο το άγαλμα της θεάς. Εξωτερικά έφερε θριγκό δωρικού ρυθμού ενώ η σίμη ήταν διακοσμημένη με ανάγλυφες άκανθες. Ως υδρορρόες είχαν χρησιμοποιηθεί κεφαλές αγριόχοιρων και σκύλων αντί των συνήθων λεοντοκεφαλών, οι οποίες σχετίζονταν με τον κυνηγετικό χαρακτήρα της θεάς. Η Θεά φαίνεται πως είχε εδώ τονισμένη τη χθόνια υπόστασή της και λατρευόταν ως Άρτεμις-Εκάτη. Η έρευνα τοποθετεί από 2 ακρωτήρια Νικών στις άκρες των 2 αετωμάτων και διαφορετικό ακρωτήριο στο κέντρο κάθε αετώματος. Στα ανατολικά υπήρχε ο βωμός της θεάς, ο οποίος συνδεόταν με το ναό μέσω ενός πλακόστρωτου διαδρόμου που κατέληγε σε στενότερη αναβάθρα.

Ο ναός της Αρτέμιδος κτίστηκε κατά τη διάρκεια του μεγάλου οικοδομικού προγράμματος του Ιερού και αργότερα ενσωματώθηκε στην στοά της ύστερης αρχαιότητας, η οποία περιελάμβανε τα πιο σημαντικά οικοδομήματά του. Ανασκάφηκε από τον Π. Καββαδία στα τέλη του 19ου αιώνα. Η ύπαρξη ναού αφιερωμένου στην αδελφή του Απόλλωνα στο Ιερό της Επιδαύρου ήταν γνωστή από τη μαρτυρία του περιηγητή Παυσανία. Η ταύτισή του ωστόσο με τα συγκεκριμένα κατάλοιπα πραγματοποιήθηκε μετά την αποκάλυψη, στην ανατολική πλευρά του κτιρίου, ενεπίγραφου βάθρου με το όνομα της θεάς. Η ταύτιση αυτή ενισχύθηκε με τη χρήση των χαρακτηριστικών συμβόλων της θεάς ως υδρορρόες.

Αυθεντικό υλικό από την ανωδομή του κτιρίου έχει χρησιμοποιηθεί στην αποκατάσταση τμήματος του αρχιτεκτονικού του διακόσμου στο Αρχαιολογικό Μουσείο Επιδαύρου, όπως πραγματοποιήθηκε από τον ανασκαφέα του.