En cada una de las deidades principales tenía, en una o más ciudades de Babilonia, un gran templo en el que era adorada como dios protector. Las ciudades más grandes también contaban con muchos templos, unos suntuosos, otros humildes, dedicados a una u otra deidad; Babilonia, por ejemplo, contaba con más de 50 templos en tiempos de Caldea (siglos VIII al VI a.C.).
Los servicios que se celebraban en el templo, por regla general se realizaban en patios abiertos, en los que había fuentes para la ablución y altares para los sacrificios. En la cella, o parte más íntima del templo, se encontraba la estatua de la deidad sobre un pedestal erigido en el Sancta Sanctorum, lugar especialmente sacrosanto del templo al que únicamente tenían acceso el sumo sacerdote y algún otro privilegiado miembro del clero o de la corte. En las instalaciones de los templos de las ciudades más grandes, por lo común se alzaba un zigurat o torre de plataformas, coronado por un pequeño santuario. Este santuario al parecer estaba reservado a las importantes ceremonias de matrimonio sagrado que se celebraban coincidiendo con la festividad del año nuevo.
El mantenimiento de los más grandes templos babilónicos requería de grandes sumas de dinero, fruto, en primer lugar, de regalos o de donaciones hechas por la corte y por la gente con mayor fortuna. Con el correr de los siglos, algunos de los grandes templos babilónicos acumularon tal cantidad de riquezas que se convirtieron en los dueños de enormes propiedades y empresas, en las que empleaban gran número de siervos y esclavos. Sin embargo, en un principio el templo era la sede del dios en cuyo honor estaba erigido, y en él se atendían todas sus necesidades según antiguos ritos e impresionantes ceremonias, celebradas por un numeroso clero institucionalizado. Con el paso del tiempo, en el templo se congregaban sumos sacerdotes, sacerdotes que oficiaban en los sacrificios, músicos, cantores, magos, adivinos, clarividentes, interpretadores de sueños, astrólogos, mujeres devotas, así como hieródulas (cortesanas del templo).
Diariamente se ofrecían sacrificios de animales, así como ofrendas de verduras, libaciones de agua, vino y cerveza, y quema de incienso. Tanto a lo largo del año como mensualmente tenían lugar numerosos festejos, incluida una fiesta para celebrar el plenilunio. La fiesta más señalada de todas era la celebración del año nuevo en el equinoccio de primavera; se conocía con el nombre de fiesta Akitu, porque algunos de sus ritos más esotéricos se realizaban en el Akitu, el santuario de Marduk enclavado en las afueras de Babilonia. Las celebraciones duraban once días, e incluían ritos tales como los de purificación, sacrificio, propiciación, penitencia y absolución, aunque también se daban procesiones muy alegres y de mucho colorido. Culminaba con la ceremonia del matrimonio sagrado, la unión ritual del rey (representando a Marduk) con una cortesana del templo (encarnando a la novia de Marduk); la ceremonia se realizaba en el santuario que coronaba, el zigurat.