Находится в Карантинной балке на расстоянии полукилометра к юго-востоку от оборонительной стены Херсонеса. Открыл его в 1902 году К.К. Косцюшко-Валюжинич, а в 1953-1954 годах исследовал О.И. Домбровский. Точнее, это целый комплекс, состоящий из крестообразного храма и жилых построек, обнесенный прежде оборонительной стеной с башней, рядом с которой имелся осадный колодец. К нему шел подземный ход. Скорее всего, вначале это был мавзолей, перестроенный в VI веке.

Пол его, сложенный из мозаики, имеющей сложный рисунок с изображением зверей, птиц, виноградных лоз, овощей и различных геометрических фигур, являющийся значительным произведением искусства, экспонируется в национальном заповеднике «Херсонес Таврический».

Согласно историческим данным, в этом храме в «некрополе святых» в «прекрасном доме Девы Марии, именуемой Влахернской, за стенами, на расстоянии стадии от благословенного города Херсонеса» погребли римского папу Мартина I, сосланного в Херсонес (или Инкерман) императором Константином П. Он скончался 16 сентября 655 года. Память о святом Мартине долго чтили в Херсонесе. К его мавзолею стекались христиане, «чтобы получить благодать излечения». По одной из версий, позже прах папы Мартина I вывезли из Херсонеса в Рим, где он и поныне хранится в церкви Св. Мартина на Холмах.

Вполне возможно, что в «некрополе святых», у которого появился храм Богородицы Влахернской, были погребены и некоторые священномученики - херсонесские епископы - Елпидий, Евгений и Агафодор.