In der spartanischen Kultlegende soll das Holzbild („Xoanon“) der Artemis Orthia zur homerischen Zeit („goldreiches Mykenai“), etwa um 1100 v. Chr. von Tauris nach Sparta gelangt sein. Ein Keuschlammgebüsch, dessen Zweige das Holzbild aufrecht stehend hielten, begründete den Beinamen „Orthia“ (die „Aufrechte“). Die im Ausgrabungsfeld noch sichtbaren Ruinen stammen aus dem 3. Jh. n. Chr., der letzten Phase des Heiligtums. Ein kleiner Tempel (17 m x 7,60 m), ein vergleichsweise großer Altar (8 m x 2.60 m) und das Amphitheater (54 m Ǿ ) bilden das Ensemble der Anlage.
Ein paar Fundamentreste bezeugen noch einen Tempel aus dem 10. Jh v. Chr.; um 1000 v. Chr. war es ein ländliches Heiligtum mit Resten eines Altars vom 9. Jh. v. Chr.. Aus dem 8. Jh. v. Chr. stammt ein größerer Tempel auf steinernen Fundamenten mit einer inneren Säulenkolonnade, die wiederum ein gewölbtes Dach stützte. Aus dem Giebel sind noch einige Kalksteinreliefs erhalten, auf denen Löwen zu sehen sind, die einen Stier töten. Gegen 600 v. Chr. wurde der archaische Tempel durch eine Überschwemmung zerstört. „Limnes“ oder Limnaia“ (Sumpfgelände), wie der alte Name dieses Gebietes bezeugt, lässt auf häufige Überschwemmungen des Eurotas schließen. Vom 5.-3. Jh. v. Chr. wurde wurde die letzte, mehrfach reparierte Tempelanlage errichtet.
Erdbeben richteten ebenfalls immer wieder Schäden an, im Jahr 396 n. Chr. wurde das Heiligtum endgültig von den Goten unter der Führung Alarichs zerstört. Bemerkenswert sind noch die vielen Tonmasken, die unter dem römische Theater gefunden wurden und eindeutig in einem kultischen Zusammenhang gesehen werden müssen. In der antiken Literatur (Plutarch) sind für frühe Zeiten Menschenopfer belegt, die später ersetzt wurden durch Geißelungen von Jünglingen („spartanische Erziehung“) und in römischer Zeit nur noch reines Zuschauervergnügen waren.
