Si trattava di una struttura di dimensioni imponenti e sorgeva su un tratto dell'antica via Tiburtina, venendo poi inglobato nella ex-cartiera di Tivoli. Il santuario, a pianta rettangolare (188 x 140 m), misurava originariamente 3000 metri quadri, diviso in tre parti principali: il teatro, una grande piazza con portici ed il tempio vero e proprio.Una serie di terrazzamenti, portici e colonnati creavano una grandiosa scenografia intorno al luogo di culto, secondo i gusti del II e I secolo a.C. Il santuario era posto fuori dalle mura della città , lungo la via che anticamente collegava il Sannio alla pianura romana e rappresentava uno snodo economico cruciale per tutte le popolazioni dell'Italia centrale.
L'antica città di Tivoli si identificava col culto di Ercole proprio in virtù della sua posizione strategica e lo venerava sia come dio guerriero, sia come protettore dei commerci e della transumanza delle greggi, attività fondamentale per l'originaria economia cittadina. Il culto di Ercole, uno dei più importanti del Lazio, è originario di Tivoli. Il tempio ospitava un collegio di musici tra i più importanti d'Italia, che celebravano danze e canti nel mese di agosto. La struttura del tempio, con il teatro adagiato sulla collina, ha molte affinità con il vicino Santuario della Fortuna Primigenia a Palestrina, ancora ben conservato.