Στο χαμηλό λόφο που σχηματίζεται στο μυχό του ασφαλούς προφυλαγμένου ορμίσκου των Φανών βρισκόταν το Ιερό του Φαναίου Απόλλωνα. Ο χαρακτηρισμός Φαναίος οφείλεται στο γεγονός ότι εκεί φανερώθηκε στη Λητώ ο τόπος γέννησης του Απόλλωνα, η Δήλος, γι αυτό άλλωστε και θεωρείται ως το Δήλιον της Χίου.

Η γνώση μας για τις οικοδομικές φάσεις του ιερού βασίζεται κυρίως στην ανακάλυψη περιβόλων που κατά καιρούς το περιέβαλλαν, παρά στον ίδιο το ναό, αφού από αυτόν σώζονται μόνο λείψανα του τέλους του 6ου αι. π.Χ.

Επομένως τη λατρεία του Απόλλωνα στην περιοχή, ήδη από τη γεωμετρική περίοδο, μαρτυρούν τμήματα περιβόλου χτισμένου με ακανόνιστες πλίνθους από ασβεστόλιθο, στη δυτική πλευρά του λόφου. Στο τέλος του 7ου ? αρχές του 6ου αι. π.Χ χτίστηκε νέος περίβολος με λίθους επεξεργασμένους μόνο στην εξωτερική πλευρά. Μικρή κλίμακα διευκόλυνε την άνοδο στην κορυφή του λόφου, όπου εικάζεται ότι βρισκόταν ο ναός.

Το δεύτερο μισό του 6ου αι. π.Χ. υπήρξε περίοδος γενικής ανακαίνισης του ιερού, στα πλαίσια της οποίας οικοδομήθηκε ο αρχαϊκός ναός. Από αυτόν σώζεται μόνο η υποθεμελίωση της ΒΑ γωνίας του, καθώς πάνω στα λείψανά του χτίστηκε παλαιοχριστιανική βασιλική και ο νεότερος ναΐσκος των Αγ. Θεοδώρων. Για τους τοίχους του αρχαϊκού ναού χρησιμοποιήθηκε φαιός ασβεστόλιθος ενώ για τους ιωνικούς κίονες και την ανωδομή άσπρο μάρμαρο. Από το μέγεθος των αρχιτεκτονικών μελών, που συγκεντρώθηκαν από τη γύρω περιοχή, αποδεικνύεται ότι αυτός ο ναός συναγωνιζόταν σε μέγεθος τους σύγχρονούς του στο Ηραίο της Σάμου ή στη Μίλητο και στην Έφεσο της Μ. Ασίας.

Ένας μεγαλύτερος εξωτερικός περίβολος, με προσεγμένη τοιχοποιία από φαιό ασβεστόλιθο, σχεδιάστηκε την ίδια εποχή με τον αρχαϊκό ναό, αλλά χτίστηκε λίγο αργότερα, γύρω στα 500 π.Χ.

Είναι πολύ πιθανόν ότι ο αρχαϊκός ναός καταστράφηκε κατά την Ιωνική επανάσταση του 494 π.Χ. και ανοικοδομήθηκε μέσα στο α΄ μισό του 5ου αι. π.Χ. Το ιερό του Φαναίου Απόλλωνα ήταν σημαντικό όχι μόνο για τη Χίο αλλά και για την Ιωνία γενικότερα. Η φήμη του έφθανε ως την Αίγυπτο, όπως φαίνεται από τους αιγυπτιακούς σκαραβαίους που βρέθηκαν κατά τη σύντομη ανασκαφή.