El Templo de Asclepio (Esculapio en la mitología romana) se construyó al sur de la ciudad antigua, lejos de las murallas en el centro de la llanura de San Gregorio, por lo que puede considerarse, en rigor, en otro barrio distinto al valle de los Templos, siendo el más meridional de los edificios. Data de la segunda mitad del siglo V a. C., quizá de sus últimos veinte años. Es de estilo dórico in antis o pseudoopistodomo. Es más bien pequeño, pues sus dimensiones son 10,70 × 21,70 m. Se trataba de un lugar de peregrinación de los enfermos que se querían curar.
Se tiende a conservar la identificación tradicional como probable a partir de la descripción de Polibio (I 18, 2), según al cual tal templo debía encontrarse ante la ciudad, a la distancia de una milla, en la parte presumiblemente opuesta a la carretera hacia Eraclea. La distancia no es exacta, aunque bien pudo proporcionar Polibio una indicación genérica; el aislamiento y la relativa modestia y antigüedad del edificio, sobre todo para el culto de Asclepio, hacen que la identificación resulte insegura.
En el santuario de Asclepio se conservaba una estatua de bronce de Apolo, obra de Mirón, donada por Escipión a la ciudad y robada por Verres (Cicerón, Verrinas, II 4, 93). Se alza sobre un krépis de tres gradas.
Particularidad insólita del edificio es el falso opistodomo representado por dos semi-columnas puestas en la parte externa del fondo de la cella, que quiere así imitar una estructura anfipróstila. También destacan parte del entablamento, con grandes cabezas leoninas, friso y geison del frontón.

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