Questo edificio, come molti altri a Luni, testimonia diverse fasi costruttive. In epoca tardo repubblicana viene elevato, su una terrazza naturale, un podio in opus incertum, alto circa m 1,20, di cui rimane oggi la pavimentazione in coccio pesto; inoltre è apposta un’iscrizione in tessere di marmo bianco e nero, che ricorda i duoviri responsabili del collaudo, L. Folcinius e Caius Fabius. Il tempio presenta tre celle, con fondazioni ancora visibili e muri che racchiudono un pronao caratterizzato da quattro colonne su due file. La gradinata di accesso risulta inglobata nelle strutture successive. Il muretto eretto a contenimento della terrazza naturale suggerisce che l’area antistante sia parte del complesso. Come nel caso del Capitolium, la copertura del tempio presenta strutture in legno, con ricca decorazione architettonica fittile più volte sostituita. Dal frontone viene un gruppo scultoreo in terracotta: Luna seduta in trono, alla sua destra Apollo con la cetra e, alla sinistra della dea, una figura maschile, con cornucopia ricolma di grappoli d’uva di controversa interpretazione, forse Dioniso o il Genio del Popolo Romano; ai lati si trovano due Muse. Un secondo gruppo, in corso di restauro, rappresenta il mito di Telefo. Dopo una prima ristrutturazione in età augustea, il tempio è completamente ricostruito nella prima età imperiale: un altissimo podio, di circa 7 m, di cui sono visibli le sostruzioni voltate, costituisce la base per un edificio a cella unica. Dal decumano minore, a sud della piazza, una strada lastricata in marmo porta alla ripida scalinata di accesso a due rampe, a sua volta collegata ai porticati che circondano la piazza stessa. Risale a questa fase un frammento di fregio in marmo, mentre le trabeazioni marmoree, legate al rifacimento del tetto, sono da riferirsi probabilmente all’epoca di Caracalla. In base all’iscrizione ivi rinvenuta, il restauro potrebbe essersi verificato entro il 211 d.C