C'est sous l'empire romain qu'Ephèse vécut son âge d'or et qu'y furent édifiés les principaux monuments qui ornent la ville. Elle fut quatre fois "gardienne d'un temple impérial" (nèocore), surpassant ainsi les cités rivales de Samos, Pergame et Smyrne. En dehors du temple de Domitien et de l'Olympeion, on ne connait pas les emplacements des autres temples consacrés au culte impérial, ceux de Caracalla et de Valérien. La fouille du temple de Domitien est achevée et on a transporté au musée l'autel du temple ainsi que la tête et d'autres fragments d'une statue colossale de l'empereur. En l'an 128 de notre ère, l'empereur Hadrien vint d'Athènes jusqu'à Ephèse et se présentant comme l'incarnation de Zeus Olympien, il autorisa les Ephésiens à lui édifier un temple qui fut donc appelé Olympeion et qui était par ses dimensions le quatrième plus grand temple d'Asie Mineure. A l'époque byzantine il devint une carrière de pierres et un four à chaux et une grande partie de ses éléments architecturaux servirent de matériau de remploi pour la construction des murailles de la ville, ce qui explique l'état de ruine dans lequel il se trouve aujourd'hui. Signalons que les fouilles de l'Olympeion ne sont pas encore achevées.

    La statue qui est à gauche en entrant dans la salle est celle du Consul Stéphanos. Il tient un mouchoir dans une main et son bâton de consul dans l'autre; en levant son mouchoir en l'air, il devait donner le signal du départ d'une course ou du commencement d'un spectacle. Cette oeuvre byzantine du VIème siècle est tout à fait typique de l'art du portrait de cette époque. Contre le mur qui fait la séparation avec la salle d'Artémis, on peut voir six portraits datant du IIIème siècle: le premier est celui d'un métis africain et les autres sont ceux de personnalités importantes d'Ephèse.

    Contre le mur occidental de la salle on a disposé les éléments d'un petit temple d'Hadrien qui se trouvait sur la rue des Courètes; de part et d'autre du dessin donnant une reconstitution du bâtiment on a exposé la frise du temple qui se composait de quatre éléments; sur les trois premiers se succèdent les figures suivantes: plusieurs dieux et déesses, Androclès chassant le sanglier à cheval, des Amazones avec des dieux et des Amazones en compagnie de Dionysos et de sa suite.

Quant au quatrième élément de la frise, il a un thème différent: en commençant à partir de la gauche, on reconnait: Athéna, Séléné (la Lune), un homme non identifié, Apollon, une femme non identifiée, Androclès, Héraclès, le père de Théodose, l'empereur Théodose, Artémis, la femme et le fils de Théodose, et à nouveau Athéna. Les trois premiers morceaux de la frise datent de l'époque d'Hadrien, c'est à dire du IIème siècle de notre ère, tandis que le quatrième a été rajouté au IVème siècle, lorsque l'on a réparé le temple.

    A la suite de cette frise sont exposées trois têtes de statues; deux d'entre elles sont des femmes idéalisées (peut-être Artémis ?) tandis que la troisième est un portrait d'homme. Dans la même rangée se trouve aussi un portrait de l'empereur Trajan qui figure parmi les plus belles oeuvres de cette salle. Vient ensuite un autel trouvé lors des fouilles du temple de Domitien; de forme rectangulaire, cet autel est décoré de bas-reliefs: sur le côté étroit un taureau destiné au sacrifice, sur la face la plus large, des armes de guerre telles que épée, bouclier, carquois et casque. Quant à la moulure supérieure, elle présente un motif de lotus et de palmettes.

    Contre le mur nord de la salle on verra, dans l'ordre, une tête de l'empereur Germanicus (15 av. J.-C. - 19 ap. J.-C.), un portrait de l'empereur Auguste (31 av. J.-C. - 14 ap. J.-C.), des statues d'Auguste et de sa femme Livie (les croix que l'on pourra remarquer sur le front de ces statues datent des débuts de l'ère byzantine, époque à laquelle ces sculptures ont été cassées en morceaux), une tête de femme à la chevelure peignée en arrière (20 - 10 av. J.-C.) et un portrait de l'empereur Néron (54 - 68 ap. J.-C.).

    De l'autre côté, près de la statue du Consul Stéphanos, on verra des bustes de l'empereur Commode (180 - 192 ap. J.-C.) et de l'impératrice Aquilia Severa (218 - 222 ap. J.-C.) puis une tête de femme qui, à l'origine, devait porter un diadème (aujourd'hui perdu) fait d'or ou d'argent, si l'on en juge par les traces de fixation en bronze qui se trouve de part et d'autre de la tête. Enfin, la dernière oeuvre notoire de cette salle est un haut-relief représentant l'empereur Marc-Aurèle et Luclus Vérus (161- 180 ap. J.-C.) se battant contre les Parthes dans l'est de l'Anatolie. Cette sculpture a été retrouvée devant le bibliothèque de Celsius, où elle avait été placée après avoir été d'abord exposée à un premier endroit. On doit signaler que la majorité des fragments de ce haut-relief se trouvent aujourd'hui au Musée de Vienne.