Σε λοφίσκο πεδιάδας στη θέση «Γύρουλας», νότια του χωριού του Σαγκρίου, δίπλα στο ύψωμα «Πλατιά Ράχη, ο Νικόλαος Κοντολέων εντόπισε το 1949 απόμερα αρχαία ερείπια, που ανασκαφές, αρχικά από τον ίδιο και εν συνεχεία από τους Βασίλη Λαμπρινουδάκη, Gottfried Gruben και Μανώλη Κορρέ επέδειξαν ότι αντιστοιχούσαν σε ναό, που ήταν ολομάρμαρος, από τους τοίχους έως τους κεράμους της στέγης.
Πρόκειται για σχεδόν τετράγωνο κτίσμα με πρόναο, δύο θύρες, εγκάρσια τοποθετημένο σηκό και πέντε κίονες στην πρόσοψη και τον σηκό, που χρονολογείται στο 540-530 ή 530-520 π.Χ. Θεωρείται ότι εντάσσεται στο φιλόδοξο οικοδομικό πρόγραμμα του τυράννου Λύγδαμη, στα χρόνια του οποίου η Νάξος γνώρισε μεγάλη άνθιση σε όλους τους τομείς.
Η οροφή του κατασκευάστηκε από μαρμάρινες δοκούς από το επιστύλιο της πρόσοψης ως τον θυραίο τοίχο. Καλύπτονταν από μικρότερες κάθετες δοκούς και μαρμάρινες πλάκες. Αντί ζωφόρου χρησιμοποιήθηκαν οριζόντιες πλάκες που κάλυπταν τις απολήξεις των μεγάλων δοκών προς τα έξω, πάνω από το επιστύλιο. Για τον λόγο αυτό, άλλωστε, δεν υπήρχε ανάγκη γεισίποδα.
Η στέγη, σαμαρωτή, έφερε μαρμάρινα κεραμίδια, που άφηναν το φως να διαπερνά. Έτσι, ο χώρος με κλειστές πόρτες και με τον φωτισμό να πέφτει διάχυτο από ψηλά θα πρέπει να ήταν ιδιαίτερα υποβλητικός.
O ναός παρέχει μοναδικές πληροφορίες για τη δομή της μαρμάρινης στέγης, για τις πρώιμες μορφές του ιωνικού ρυθμού, για τις καμπυλότητες και τις οπτικές διορθώσεις, ανάλογες με αυτές του Παρθενώνα, που εδώ εντοπίζονται ένα αιώνα νωρίτερα.
Εσωτερικά οι τοίχοι του πρόναου ήταν επιχρισμένοι με κονίαμα και χρώμα. Ομοίως, οι τομές των κοσμημάτων και τα κυκλικά κιονόκρανα στα φύλλα δεν ήταν ανάγλυφα, αλλά μόνο πολύχρωμα. Σύνδεσμοι και γόμφοι δεν χρησιμοποιήθηκαν, γεγονός που δείχνει ότι οι ντόπιοι τεχνίτες διατήρησαν πιο «παραδοσιακές» τεχνικές.
Θεωρείται πολύ πιθανό να ήταν τελεστήριο για τη Δήμητρα, θεά της γεωργίας και της γονιμότητας, και την Κόρη (Περσεφόνη), ενώ κάποια από τα αναθήματά του δείχνουν ότι δεν αποκλείεται να αποτελούσε αφιέρωμα και στον Απόλλωνα.
Στην ευρύτερη περιοχή του ιερού έχουν εντοπισθεί αρχιτεκτονικά μέλη κτηρίου της αρχαϊκής εποχής το οποίο δεν έχει καταστεί μέχρι στιγμής δυνατό να εντοπιστεί. Δεν φαίνεται να ανήκε στον ναό ως βοηθητικό οικοδόμημα, δεν έχει δηλαδή συσχετισθεί με τον ναό κάποιο βοηθητικό κτήριο, ούτε καν βωμός ή περίβολος. Στο τέλος της κλασικής εποχής, περί τα τέλη δηλαδή του 4ου αι. π.Χ., την έκταση του ιερού σημείωναν όροι. Μετά τον 3ο αι. π.Χ., δηλαδή αφού έχει διανυθεί ένα ικανό χρονολογικά τμήμα των ελληνιστικών χρόνων, η κατάσταση των αναθημάτων των πιστών, ήτοι οι προσφορές τους, μαρτυρούν ότι η τοπική λατρεία παρακμάζει. Μάλιστα στην Αυτοκρατορική εποχή εντοπίζονται στοιχεία μερικής ερείπωσης του οικοδομήματος. Στα μέσα του 6ου αι. μ.Χ ένας πρώτος χριστιανικός ναός μετατράπηκε σε χριστιανική Βασιλική. Ο πρόναος έγινε πλευρικός νάρθηκας, η είσοδος ανοίχθηκε δυτικά στον σηκό δημιουργήθηκαν με διπλή κιονοστοιχία τρία κλίτη και το οικοδόμημα επεκτάθηκε προς τα νότια και ανατολικά. Στα νότια της περιοχής υπήρξε μοναστηριακό συγκρότημα από τον 6ο έως τον 8ο αιώνα. Εντοπίζονται εργαστηριακής εγκαταστάσεις παραγωγής κρασιού, λαδιού και κεραμικών. Η περιοχή εγκαταλείπεται πριν από τον 12ο αι. μ.Χ. και αιώνες μετά μικρότερος ναός, αφιερωμένος Άγιο Ιωάννη Θεολόγο, οικοδομείται στο εσωτερικό της αψίδας της Βασιλικής. Ο μικρός ναός μεταφέρθηκε ώστε να διεξαχθεί η ανασκαφή.
Το Ιερό της Δήμητρας είναι ένα από τα λίγα οικοδομήματα του αρχαίου κόσμου και τα ελάχιστα στην Ελλάδα που σώζονται με τόση πληρότητα. Η αναστήλωσή του, τη δεκαετία του 1990, έγινε με χρηματοδότηση του Υπουργείου Αιγαίου και της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Από την περίοδο του αρχαϊκού ναού προβλήθηκε ο άξονας Β-Ν της ανατολικής θύρας με κορύφωση στην Ν.Α. γωνία. Από την πρώτη εκκλησία αναστηλώθηκε η θύρα που διανοίχτηκε στον δυτικό τοίχο του πρόναου. Από την Βασιλική απομονώθηκε η αξονική προοπτική που προσφέρεται από την κεντρική δυτική είσοδο προς τα ιερό. Οι τοίχοι της συντηρήθηκαν και αποκαταστάθηκαν στις περιοχές εκείνες από τις οποίες αποσπάστηκαν μέλη για την αναστήλωση του αρχαϊκού ναού.
