Een mithraeum was in de Romeinse oudheid een tempel voor het mithraïsme, de mysteriecultus van de zonnegod Mithras.
Het is een moderne term, zelf noemden de mithraïsten hun heiligdommen "grot" (speleum, antrum, crypta). Het kon ofwel een echte grot zijn, ofwel een gebouw dat geconcipieerd werd als grot.
De grot stond symbool voor het universum. Binnen deze sacrale ruimte, die een microkosmos vormde, kregen de initiatieriten betekenis. De mithraïsten kwamen de grot binnen zoals hun ziel het sterfelijk bestaan binnenkwam, en ze verlieten de grot weer zoals hun ziel zou weggaan naar de onsterfelijkheid.
De inrichting was consistent genoeg om mithraea archeologisch goed herkenbaar te maken: een middengang met aan weerszijden daarvan twee verhoogde podia, waarop de ingewijden aanlagen voor de cultusmaaltijd. Ook stonden er veelal een of meerdere altaren. Als plafond was er vaak een tongewelf.
Behalve ritueel vaatwerk hebben opgegraven mithraea veel religieuze kunst opgeleverd: reliëfs, beelden, muurschilderingen... De iconografie omvat meerdere typische taferelen, maar de stierendoding (tauroktonie) kwam veruit het meest voor, gevolgd door het feestmaal van Mithras en de Zonnegod op de huid van de gedode stier.
Het mithraïsme was in de eerste eeuwen van onze jaartelling geliefd bij de Romeinse legionairs. In de belangrijkste garnizoensplaatsen en ook in Rome zelf waren mithraea gebouwd. Men vindt de resten van deze tempels tot in Engeland. In de Lage Landen is het Mithraeum van Tienen ontdekt.
