Le plus grand sanctuaire actuellement connu à Vieux-Poitiers est implanté en position excentrée par rapport au centre urbain. Son plan n'a été que partiellement reconnu dans sa partie occidentale du fait de la présence d'un lotissement. Il s'inscrit dans un rectangle de 100 m. de long pour  60 m. de large et possède une vaste esplanade, l'area sacra, bordée au nord comme au  sud par une galerie, chacune étant pourvue de deux exèdres rectangulaires. Cet espace religieux devait être clos à l'est par un long  mur de façade aveugle, flanqué à chaque extrémité d'un vestibule de plan rectangulaire. Ces vestibules équipés à l'est d'une petite pièce carrée constituaient sans doute les porches d'entrée du sanctuaire. Le temple dont nous ne connaissons pas le plan ne s'élevait pas au centre de l'area. Ce dernier se trouvait vraisemblablement en fond de cour. L'amorce d'un bâtiment de plan rectangulaire, photographié sur le côté ouest, correspond peut-être aux vestiges du temple ou à un élément architectural auquel il était lié, une galerie ou un escalier monumental.

La présence d'un sanctuaire d'aussi grandes  dimensions et pourvue d'une vaste area n'est pas une caractéristique propre à l'agglomération de Vieux-Poitiers. Les agglomérations secondaires sont effet pourvues de grands centres religieux qui étonnent parfois par leur monumentalité et par leur position au cœur du tissu urbain. C'est ce qui conduit à identifier certaines d'entre elles à des agglomérations-sanctuaires où la fonction sacré serait à l'origine de la fixation et du développement de  l'habitat. A Vieux-Poitiers, le sanctuaire, le balnéaire probable et le théâtre tout proche sont les trois composantes d'un complexe monumental, que l'on observe dans la plupart des agglomérations secondaires d'Aquitaine. On notera que la façade du sanctuaire n'était pas tournée vers la ville mais vers le théâtre, situé à environ 150 m. à l'est et que l'espace situé entre les deux est peu urbanisé. 

L'hypothèse d'un culte dédié à Mars, en rapport avec le nom antique Fanum Martis a été avancé pour le temple de Corseul. A Vieux-Poitiers, on  ne connaît pas la -ou les- divinités qui étaient honorées dans ce sanctuaire. Il fait cependant peu de doute que ce type d'édifice correspond à une organisation précise et fonctionnelle des espaces. 

Ainsi, la vaste esplanade fermée était destinée au rassemblement et à l'isolement des habitants de la ville et des populations rurales alentours. Il est vraisemblable que les représentations divines côtoyaient les effigies de l'empereur dont les cultes pouvaient être célébrés conjointement. Si les figures divines trouvaient leur place dans la cella du temple, les portraits impériaux, qu'ils s'agissent d'images peintes ou de buste en métal, pouvaient être exposés dans le pronaos du temple au contact de l'assemblée et des divinités, mais également dans les exèdres des galeries qui devenant alors de véritables petites chapelles secondaires. La proximité du sanctuaire et du théâtre évoqué précédemment  permet d'avancer l'hypothèse d'une relation entre ces bâtiments dans le cadre de processions du culte impérial.