Esisteva un tempio precedente a quello romano, un edificio di età etrusca costruito verso la fine del IV secolo a.C., più piccolo e con una semplice pianta: una cella, l’ambiente sacro che conteneva l’immagine della divinità, affiancata da due ambienti e preceduta da un altro, colonnato, al quale si accedeva con una scalinata ancora oggi conservata e il cui piano di imposta ci dà la quota dell’originario piano di calpestio di età etrusca.
Il pavimento era in terra battuta mentre le pareti erano rivestite di intonaco di colore rosso.
Dalla cella proviene la stipe votiva comprendente bronzetti e monete esposte nel Museo.

Davanti al tempio era posto un altare.
L’edifico etrusco era coperto da un tetto a doppio spiovente realizzato in embrici e coppi con un frontone decorato a rilievo del quale rimangono pochissimi elementi.
E’ possibile ipotizzare una dedicazione del tempio a una divinità salutare, forse Minerva.
Questo edificio fu distrutto, nel corso del I secolo a. C. da un incendio, all'atto della conquista romana di Fiesole.

Al suo posto si costruì un nuovo tempio: una cella, due ali, una parte antistante colonnata e una gradinata notevolmente più grande rispetto alla precedente.
Sul lato meridionale era un ambiente rettangolare (stoà) destinato alla sosta dei pellegrini: in età antica, infatti, solo il sacerdote aveva libero accesso all’interno del tempio.

Di nuovo, anche in età romana, così come in quella etrusca, davanti al tempio era un altare sopra il quale furono rinvenute le basole del rifacimento stradale dell’ultima età imperiale (III sec. d.C.) che determinò un notevole rialzamento di quote arrivando a ricoprire la scalinata romana del primo periodo.