Le temple a été construit au tout début de l'ère chrétienne, comme l'indiquent à la fois sa dédicace à Caius et Lucius Caesar, petits-fils et fils adoptifs d'Auguste, et son style architectural. Edifié sur une esplanade, il dominait le forum.

Son podium (hauteur 2,65 m) supporte 30 colonnes d'ordre corinthien délimitant un rectangle de 6 colonnes par 11 (26,42 m sur 13,54 m).

En fait, seules les 10 colonnes du vestibule (en grec "pronaos") sont indépendantes. Les 20 autres sont des colonnes "engagées", qui font partie des murs porteurs : c'est un temple pseudo-périptère. Les cannelures des colonnes et les faux joints sculptés des murs renforcent l'illusion que les deux structures sont séparées. Ces éléments décoratifs contribuent à l'élégance et à l'impression de légèreté de la construction.

Au-dessus des chapiteaux, l'entablement est composé d'une architrave divisée en trois bandeaux, d'une frise ornée de rinceaux de feuilles d'acanthe, et d'une corniche à modillons. En façade, l'inscription de la dédicace occupait l'emplacement de la frise et de l'architrave.

Dans la cella (salle cultuelle) on a retrouvé la trace d'un placage de marbre ainsi qu'un puits qui fut utilisé jusqu'au 17ème siècle.
Pour y accéder, on franchissait une grande porte (hauteur : 6,87 m ; largeur : 3,27 m) surmontée de part et d'autre d'une console ornée de feuilles d'acanthes. Richement décorée, celle-ci était protégée par des volets.

L'escalier de 15 marches et le podium ont été presque entièrement reconstitués d'après des éléments anciens (reconnaissables aux lettres gravées ANT).
Inspiré de temples de Rome (Mars Ultor, Apollon in circo) le chantier a été vraisemblablement mené par des artisans locaux.

Le temple a gardé au Moyen âge une vocation publique, à la fois civile et religieuse. Le comte de Toulouse autorise les consuls à tenir leurs délibérations dans la cella. L'église Saint-Etienne de Capdueil ou du Capitole occupe le portique au moins en partie, comme le suggère l'étude des cadastres antérieurs au 17ème siècle et la découverte en 1821 d'une chapelle à l'emplacement de l'escalier.

Le cadastre de 1480 fait état de la cella comme d'une maison particulière.

Au cours du siècle suivant, on commence à employer l'expression
Maison Carrée", ce qui désigne un bâtiment fermé, pas nécessairement habité, de forme quadrangulaire ou rectangulaire.

Transmise par héritages jusqu'en 1670, l'évêque de Nîmes la fait acheter aux Augustins et oblige le "prêtre et recteur de Saint-Etienne-de-Capdueil" à leur céder le terrain de l'ancienne église.
Le temple peut retrouver alors son unité et son entrée antique. Les Augustins sont autorisés à y loger une église, à l'intérieur de la cella cette fois-ci. Le monument est désormais étroitement surveillé par l'intendance du Languedoc, qui le restaure de 1687 à 1691.

Un arrêté de brumaire an 10 charge "l'ingénieur en chef avec le directeur des travaux publics de la ville de Nîmes, d'examiner avec soin toutes les dégradations qu'a éprouvées ce monument, d'en rechercher les causes, de se concerter ensemble pour indiquer les moyens convenables de restauration et de conservation".

L'entreprise, accompagnée des premières fouilles archéologiques systématiques, sera finalement menée à bien à partir de 1817. Le temple retrouve podium, escalier et esplanade antiques et gagne sa vocation culturelle.

La confrontation avec le Carré d'Art, bâtiment inauguré en 1993 en face de la Maison Carrée sur l'emplacement d'un théâtre détruit par un incendie, illustre en un raccourci saisissant la permanence de la cité.
Ce vaste espace dans la ville renoue avec l'antique vocation de forum.