Πρόκειται για αρχαίο ναό της Βραυρώνας και φαίνεται να οικοδομήθηκε μετά τα μέσα του 5ου αιώνα μ.Χ. Βρίσκεται στα δυτικά του ναού Αρτέμιδος. Παρ’ όλες τις καταστροφές που υπέστη, παρέμενε ξεχωριστή και συναγωνιζόταν σε ομορφιά το Ιερό της αρχαίας θεάς, σύμφωνα με τις μαρτυρίες των πρώτων χριστιανών. Η ανασκαφή του από τον Ευστάθιο Στίκα το έφερε στο φως μόλις το 1951. Στον ναό φαίνεται πως οι επιδρομές και λεηλατήσεις από πειρατές ήταν συχνές. Ως αποτέλεσμα, οι κάτοικοι εμποδίζονταν από το έργο τους να φτιάξουν και πάλι την εκκλησία περίπου για οκτώ αιώνες. Ανάμεσα στα αρχαιολογικά ευρήματα ήταν και τάφοι. Αυτό σημαίνει ότι ο χώρος εντός και εκτός του ναού μετέπειτα χρησίμευσε ως νεκροταφείο. Φάνηκε ότι μεγάλος αριθμός θωρακίων χρησιμοποιήθηκε για πλάκες στους τάφους. Μέσα σε αυτούς υπήρχαν πήλινα αλλά και χάλκινα αγγεία. Στις αρχές του 18ου αιώνα μ.Χ., κατά τη δεύτερη τουρκική περίοδο, υπήρξαν καταστροφές από τον Φραντσέσκο Μοροζίνη. Τότε ήταν που χτίστηκε ο μικρότερος ναός στο εσωτερικό του πρώτου στο κυρίως κλίτος της βασιλικής με αψίδα μονόκλιτη. Σήμερα διασώζονται μόνο τα θεμέλια, ενώ παραμένει άγνωστο σε ποιον άγιο ήταν αφιερωμένοι και οι δυο ναοί.
Όσον αφορά την αρχιτεκτονική της βασιλικής, στο εξωτερικό της είχε τρία κλίτη που χωρίζονταν από δύο αράβδωτες κιονοστοιχίες από μάρμαρο Πεντέλης. Επάνω σε αυτά υπήρχαν ιωνικά κιονόκρανα. Είναι πιθανό κάποιο ελληνιστικό κτίριο να υπήρχε εκεί πριν και αυτά να χρησιμοποιήθηκαν και εκεί. Εικάζεται ότι η στέγη ήταν ξύλινη, καθώς ξύλινες ήταν σε όλες τις βασιλικές εκκλησίες της Ελλάδας, της Δαλματίας, της Ιταλίας και της Μικράς Ασίας. Τα αρχιτεκτονικά στοιχεία είναι εξ ολοκλήρου κατασκευασμένα για τον συγκεκριμένο ναό και δεν έχουν υιοθετηθεί από άλλους, όπως συνηθίζεται σε αρχαιολογικούς χώρους. Έχει συνολικό εμβαδόν 665 μ2 (35χ19), ενώ το εκκλησάκι του Αγίου Γεωργίου που είναι χτισμένο μέσα στο ιερό της Αρτέμιδος είναι 45 μ2, όπως και τα υπόλοιπα στον αρχαιολογικό αυτόν χώρο. Στο εσωτερικό της, στο νότιο τμήμα του ναού, υπήρχαν προσκτίσματα, που όμως δεν έχει εξακριβωθεί γιατί υπάρχουν εκεί. Το δάπεδο είναι χρωματιστό μάρμαρο, ενώ συναντάται και ημικυκλική αψίδα με τέσσερις βάσεις της Αγίας Τράπεζας. Ο ναός διαθέτει ενσωματωμένα καθίσματα (νάρθηκες) στους δύο του προθαλάμους για τους πιστούς. Ο εν λόγω χώρος διαχωρίζεται από το ιερό με πλάκες κάθετες και μαρμάρινες. Τα θωράκια είναι στολισμένα με ανάγλυφα σχέδια. Υπάρχει χώρος βαπτίσματος σε κυκλική κατασκευή με διάδρομο. Αξίζει να σημειωθεί ότι σε αυτό το σημείο βρέθηκε και μια κολυμβήθρα.