Το Ασκληπιείο είναι το πιο γνωστό αρχαίο μνημείο του νησιού και βρίσκεται 3,5 χιλιόμετρα Νοτιοδυτικά από την πόλη της Κω, στην περιοχή της Παναγίας της Ταρσού ή του Άλσους. Ήταν κτισμένο στις πλαγιές ενός λόφου, δέσποζε στην περιοχή και είχε θαυμάσια θέα ως κάτω στην θάλασσα και ακόμα πιο πέρα μέχρι τα αντικρυνά Μικρασιατικά παράλια.

Κατά τους αρχαιολόγους ο χώρος χρησιμοποιείτο από τους Μυκηναϊκούς χρόνους και η παράδοση του τόπου μας λέει ότι στην περιοχή λατρευότανε παλιά ο Απόλλωνας ο Κυπαρίσσιος που ήταν πατέρας του Ασκληπιού. Όταν τον 4ο π. Χ . αιώνα ιδρύθηκε η πόλη της Κω, ξεκίνησε στον χώρο του ιερού άλσους με τα κυπαρίσσια η λατρείου του Ασκληπιού. Από τότε χρονολογούνται ο μικρός ιωνικός ναός και ο βωμός.

Αργότερα, τον 2ο π.Χ. αιώνα η Σχολή Ιατρικής που είχε ιδρύσει ο Ιπποκράτης απέκτησε πανελλήνια φήμη και συγκέντρωνε πολύ κόσμο. Τότε κηρύχτηκε η ασυλία του χώρου και καθιερώθηκαν τα Μεγάλα Ασκληπιεία κάθε πέντε χρόνια με διεξαγωγή μουσικών και γυμνικών αγώνων. Η αθρόα προσέλευση των πιστών οδήγησε στην επέκταση του οικοδομημένου χώρου, την ανέγερση του μεγάλου ναού και την ανακατασκευή του βωμού με πρότυπο τον περίφημο βωμό του Δία στην Πέργαμο.

Επί της εποχής της Ρωμαϊκής κυριαρχίας, τον πρώτο αιώνα μ.Χ. κτίζεται η βεσπασιανή και ο μικρός ναός του Ξενοφώντα. Αργότερα κτίζεται ο ναός του Απόλλωνα, κορινθιακού ρυθμού την εποχή των σπουδαίων Ρωμαίων αυτοκρατόρων Αντωνίνων (2ος μ.Χ. αιώνας) και τον τρίτο αιώνα οι Θέρμες. Στους Βυζαντινούς χρόνους χτίζεται ο ναός της Παναγίας της Ταρσού πάνω στον αρχαίο ναό. Από τον πρώτο αυτό χριστιανικό ναό σώζεται μόνο ένα παλαιοχριστιανικό κιονόκρανο που το χρησιμοποιούσαν ως Αγία Τράπεζα. Αργότερα οι Ιωαννίτες ιππότες χρησιμοποίησαν πολλά τμήματα του ναού για να κτίσουν το μεσαιωνικό τους κάστρο.

Ήδη από την εποχή της Τουρκοκρατίας είχαν ξεκινήσει οι έρευνες για την ανακάλυψη του αρχαίου ιερού, το οποίο ανακαλύφτηκε στις αρχές του 20ου αιώνα από τον γερμανό αρχαιολόγο Χέρτζογκ, ύστερα από υποδείξεις του γιατρού Ζαρράφτη. Οι υποδείξεις του Κώου ιστοριοδίφη βασίζονταν στο γεγονός ότι κοντά στην περιοχή που υπέδειξε στον γερμανό αρχαιολόγο, υπήρχαν οι πηγές της Βούριννας και του Κοκκινόνερου που τα νερά τους ήταν χρήσιμα για την λειτουργία του ιερού, όπως και η ύπαρξη πολλών διάσπαρτων και μισοθαμένων αρχιτεκτονικών μελών. Αργότερα, επί Ιταλοκρατίας, συνεχίστηκαν και ολοκληρώθηκαν οι ανασκαφές. Οι Ιταλοί επίσης προχώρησαν και στην μερική αναστήλωση του ιερού. Σ' αυτούς χρωστάμε την σημερινή μορφή του χώρου.

Ο όλος χώρος διαμορφώνεται σε τρία ξεχωριστά επίπεδα (άνδηρα) στα οποία σήμερα διακρίνουμε τα παρακάτω μνημεία:

Στο πρώτο επίπεδο (άνδηρο) υπήρχε μια στοά σε σχήμα Π του 3ου αιώνα π. Χ. (Ελληνιστικοί χρόνοι). Πίσω από τη στοά υπήρχαν πολλά μικρά δωμάτια που χρησίμευαν για την διαμονή των πιστών που συνέρρεαν από όλα τα μέρη της Ελλάδος και του ευρύτερου χώρου της επιρροής του ελληνικού πολιτισμού της εποχής. Ανατολικά από την στοά βρισκόταν το συγκρότημα των ρωμαϊκών Θερμών (3ος αιώνας μ.Χ.) που στις τρεις αίθουσες με τις αψίδες στις στενές πλευρές τους διακρίνονται τοιχογραφίες και δάπεδα με ψηφιδωτά.

Το δεύτερο άνδηρο συγκρατείται από αναλημματικό τοίχο και είναι διακοσμημένο με κόγχες όπου υπήρχαν αγάλματα, με μαρμάρινες κρήνες και μεγάλες δεξαμενές νερού. Δυτικά μιας σκάλας που οδηγεί στο δεύτερο άνδηρο υπάρχει μια κόγχη με πρόσοψη που μοιάζει με πρόσοψη ναού διασώζεται μια μαρμάρινη βάση αγάλματος με επιγραφή με το όνομα του Κώου Γαΐου Στερτινίου Ξενοφώντα, γιατρού των αυτοκρατόρων Τιβερίου, Κλαυδίου και Νέρωνα. Εδώ βρίσκεται και το παλαιότερο κτίσμα του ιερού, ο βωμός του Ασκληπιού (μέσα του 4ου π. Χ. αιώνα). Από τον βωμό αυτό σώζονται ελάχιστα ίχνη από τον πλούσιο διάκοσμο που αποδίδεται στους γιους του Πραξιτέλη. Από τον δίστηλο ιωνικό ναό του Ασκληπιού, που είχε πρόσοψη με στοά με δύο κίονες ανάμεσα σε παραστάδες («εν παραστάσι»), σώζεται η βάση του αγάλματος του θεού και ένας λάκκος που κατά τους αρχαιολόγους ήταν ο θησαυρός, το μέρος δηλαδή που φυλάσσονταν τα χρήματα του ναού, όπως δηλώνουν επιγραφικές μαρτυρίες.

Ακόμα υπήρχε και περίπτερος κορινθιακός ναός των ρωμαϊκών χρόνων (2ος αιώνας μ.Χ.) αφιερωμένος στον θεό Απόλλωνα, ο οποίος λατρευόταν στο χώρο ήδη από παλαιότερες εποχές.

Τέλος, στο τρίτο άνδηρο υπήρχε μεγάλος δωρικός περίπτερος ναός του θεού Ασκληπιού του 2ου π. Χ. αιώνα που είχε στοά σε σχήμα Π με δωμάτια επίσης για τους πιστούς προσκυνητές και τους ασθενείς.

Δυτικά της στοάς σώζεται η βεσπασιανή του 1ου μ.Χ. αιώνα.

Ακόμα υπήρχε, δυτικά του βωμού, ένα διμερές κτίσμα με δωρικό τετράστηλο πρόδομο που, κατά τους αρχαιολόγους, ίσως χρησίμευε για κατοικία των ιερέων του θεού.