Στους αρχαίους χρόνους η προστάτιδα θεά της πόλης της Μύρινας ήταν η θεά Άρτεμις. Αρχαιολογικές και επιγραφικές αποδείξεις υποστηρίζουν την αναγνώριση ενός μεγάλου ιερού της Αρτέμιδος, το οποίο ανακαλύφθηκε στο οικόπεδο του Porto Myrina Hotel και τώρα διατηρείται μέσα στο ξενοδοχειακό αυτό συγκρότημα. Επιγραφές όπως «τό ?ν Μυρίνει» και το «?ρος ?ρτέμιδος» που αναφέρονται στο ιερό, έχουν ερμηνευθεί ώς πρόταση για την ύπαρξη δύο ιερών, ένός μικρότερου μέσα στα τείχη της πόλης και ενός μεγαλύτερου έξω ακριβώς. Φαίνεται πως ήταν έθιμο στην αρχαία Λήμνο να χτίζουν μεγάλα, επίσημα ιερά έξω από τα τείχη, παράλληλα με τα μικρότερα ομόλογά τους, στην πόλη. Αυτή η πρακτική δεν συναντάται μόνο στην Μύρινα αλλά επίσης και στην Ηφαιστία και στο Καβείριο, τις άλλες μεγάλες πόλεις αυτής της περιόδου. Σύμφωνα με το μύθο, ο συγκεκριμένος αυτό χώρος επιλέχθηκε εξαιτίας μιας υπερμεγέθους αίγας, η οποία εμφανίζόταν στους οδοιπόρους το σούρουπο.

Ο χώρος αυτός ανεσκάφη μεταξύ των ετών 1991 και 1993 με δαπάνη του αρχικού ιδιοκτήτη, κ. Ν. Τραταρού. Τα ευρήματα παρουσιάστηκαν συγκεντρωτικά το 1992 και με το χώρο να ανακηρύσσεται επίσημος αρχαιολογικός το 1993. Το ναϊκό συγκρότημα περιλαμβάνει μια μεγάλη κεντρική πλακόστρωτη αυλή, η οποία ήταν υπαίθρια μιας και η Άρτεμις λατρευόταν ως η θεά των ουρανών. Αυτή ήταν μια τάση η οποία παρατηρήθηκε σε πολλούς ελληνικούς ναούς και προέρχεται από την αρχαία αιγυπτιακή λατρεία του θεού Ήλιου. Περιμετρικά της αυλής υπήρχαν ποικίλα βοηθητικά δωμάτια, τα οποία χρησιμοποιούνταν από τους ιερείς της λατρείας για αποθηκευτικές προμήθειες και τη γενική καθημερινή λειτουργία του ναού. Το ιερό περιβαλλόταν από διπλό «περίβολο» και η πρόσβαση στο ναό ήταν περιορισμένη σε δύο εισόδους: η μια κοιτούσε την πόλη και η άλλη τη θάλασσα, η οποία μπορεί και να ερμηνεύθεί ως πρόταση για την ύπαρξη ενός μικρού λιμανιού στον κόλπο. Επίσης υπήρχαν τρία ακόμη πηγάδια, μιας και το λατρευτικό νερό ήταν απαιραίτητο στις λατρευτικές τελετουργίες. Στο βορειοδυτικό άκρο του περιβόλου οι ανασκαφείς βρήκαν ένα ορθογώνιο δωμάτιο το οποίο περιελάμβανε θρανία και έμοιαζε με ένα χώρο συνάθροισης. Πιθανόν αυτό συνδέεται με τις τελετές μύησης των πιστών ή τις απόκρυφες τελετές.

Ο χώρος του ιερού της Άρτεμις είναι ιδιαιτέρως ενδιαφέρων και χρήσιμος στους ιστορικούς εξαιτίας της μακράς περιόδου της χρήσης του. Βρισκόταν σε χρήση επανηλλημμένα ως λειτουργικός ναός ήδη από την αρχαϊκή, την κλασική και την ελληνιστική περιόδο, καλύπτοντας ένα χρονικό διάστημα που εκτέινεται πάνω από οκτώ αιώνες.

Η ανασκαφή απέδωσε πολλά τεχνουργήματα και λείψανα, συμπεριλαμβανομένου ενός πλούτου κεραμικής, ειδώλια, αρωματοδοχεία, υφαντικά βάρη, κοσμήματα, τα οποία μπορούμε να δούμε στο Αρχαιολογικό Μουσείο της Μύρινας. Περισσότερο αξιοσημείωτα ήταν μερικά ειδώλια ταύρου, ανάμεσα στα λείψανα ενός θυσιασμένου ταύρου το οποίο θεωρείται ότι βρισκόταν στο πιο ιερό σημείο του ναού. Οι ιστορικοί θεωρούν πως αυτό συνδέεται άμεσα με τη λατρεία της θεάς Άρτεμις στη Βραυρώνα της Αττικής. Αυτό δεν δεν θα ήταν απίθανο εξαιτίας της στρατηγικής της θέσης στο Αιγαίο,μιας και η Λήμνος ήταν συνεχώς εκτεθημένη σε διαφορετικούς πολιτισμούς και λαούς μέσω των συναλλαγών και του εμπορίου.