Nella più antica storia di Roma il VI secolo a.C. corrisponde al regno della dinastìa etrusca dei Tarquini, periodo contraddistinto dall'espansione della città e del suo dominio nel Lazio e dalla realizzazione di importanti opere di edilizia pubblica. Tarquinio Prisco (616-578 a.C.), quinto re di Roma e primo della dinastia etrusca, durante una battaglia contro i Sabini votò un tempio a Giove Ottimo Massimo, Giunone e Minerva in cambio della vittoria. Iniziò così la sistemazione dell'area prescelta sul Monte Tarpeo facendo spianare la cima occidentale del colle e facendovi costruire mura di contenimento. Il figlio Tarquinio il Superbo riprese il progetto interrotto ma non riuscì a completarlo perché scacciato da Roma in seguito a una rivolta popolare contro la monarchia; il tempio venne così dedicato nel primo anno della repubblica romana, il 13 settembre del 509 a.C., dal console Grazio Pulvillo. Gli storici riferiscono che nell'area destinata al tempio già esistevano piccoli edifici di culto. Furono pertanto interrogate dagli auguri le rispettive divinità e quasi tutte acconsentirono allo spostamento del sacello a loro dedicato: soltanto Tenninus e Juventas si rifiutarono e i loro altari rimasero inglobati all'interno del nuovo tempio. Tra le varie leggende legate alla costruzione del tempio si tramanda anche che durante lo scavo delle fondazioni del nuovo edificio venne trovato un cranio umano perfettamente conservato e da questo prodigio si capì che il colle, chiamato da allora Capitolium, sarebbe diventato il centro del potere imperiale di Roma. Il Tempio di Giove, Giunone e Minerva, collocato in posizione dominante, si qualifica come il santuario delle divinità protettrici della città e come tale doveva essere percepito sia dalla vicine Etruria, sia dai popoli latini che avevano il proprio comune centro religioso nel santuario di Iuppiter Latiaris sul Monte Cavo.

Del grande edificio voluto dai Tarquini rimane solo parte delle imponenti strutture di fondazione in blocchi di cappellaccio. Sistematicamente distrutto in età post-antica e utilizzato come cava di materiali pregiati, il tempio stupisce ancora oggi per le sue straordinarie dimensioni, anche se non se ne conservano purtroppo né l'alzato né la ricca decorazione architettonica. Esso perì nel I secolo a.C. in seguito a un violento incendio (83 a.C.) e sappiamo che fu ricostruito sulle medesime fondazioni e con le stesse misure di quello arcaico, utilizzando, secondo una fonte letteraria, le colonne in marmo pentelico sottratte all'Olympieion di Atene. In mancanza di elementi certi, risultano dunque preziose al fine della ricostruzione del primo edificio sia la descrizione che ne fa Dionigi di Alicarnasso, sia i commenti dell'architetto Vitruvio. Il tempio era costruito sopra un altissimo podio ed era lungo circa 200 piedi (ossia 60 metri); la larghezza era di poco inferiore alla lunghezza; era rivolto a Sud e presentava tre file di colonne sulla fronte e una su ciascun lato. Aveva tre celle parallele, separate da muri ma coperte da uno stesso tetto: quella centrale dedicata a Giove, le laterali a Giunone e Minerva. Il pavimento dell'edificio templare, assai più alto dell'attuale piano di calpestio dell'area museale, si trovava all'incirca all'altezza dell'attuale terrazza Caffarelli. Vitruvio aggiunge che le colonne erano molto distanti tra loro: si trattava dunque di un tempio aerostilo. Questa caratteristica, tipica dei templi tuscanici, non consentiva l'uso di architravi di pietra, che sarebbero risultati troppo pesanti per una luce tanto larga, ma solo di legno. In effetti gli intercolumni ricostruibili sulla base delle strutture conservate misurano m 12,50 quello centrale e m 8 quelli laterali. Le dimensioni colossali del tempio capitolino (m 62 x 54) vengono apprezzate al meglio se confrontate con quelle dei templi coevi: per esempio il Tempio dell'Area Sacra del Foro Boario, che misurava m 10,60 x 10,60, quello di Portonaccio a Veio di m 18,50 x 18,50.

Da fonti storielle sappiamo che Tarquinio Prisco commissionò a Vulca, ceroplasta Veio, la statua di culto in terracotta dedicata a Giove. Il dio era rappresentato stante e con un fulmine nella mano destra; durante determinate festività il suo volto veniva colorato di rosso. Sempre ad artisti veienti fu commissionata la grande quadriga di terracotta che doveva sovrastare il tetto. A proposito di quest'ultima si narra che, durante la cottura, invece di perdere acqua, il manufatto aumentò di volume tanto da spaccare il forno che la conteneva. Questo prodigio fu interpretato dai sacerdoti come presagio della futura potenza di Roma. Del tempio di età arcaici sono rimaste solo parti delle grandiose strutture di fondazione: l'edificio è stato completamente ricostruito per ben quattro volte in età romana; inoltre è noto dagli autori antichi che gli elementi decorativi rovinati o da sostituire, in quanto considerati sacri, venivano sepolti nelle paludi. Per queste ragioni il suo apparato decorativo è ricostruibile solo sulla scorta del confronto con edifici coevi. Possiamo immaginare che le colonne fossero in tufo intonacato, che i muri delle celle e gli stipiti delle porte fossero decorati da lastre di argilla dipinta. Il tetto poi doveva presentare sulla fronte un timpano aperto, all'interno del quale si vedevano le testate del colwnen e dei mutuli coperte da lastre di terracotta variamente decorate. Gli spioventi del tetto, come la sottostante tettoia, dovevano presentare lastre decorate con motivi floreali, palmette e fiori di loto alternati, sime e cortine traforate, mentre nei lati lunghi i margini del tetto erano decorate dalle antefisse forse a testa di Sileno e di Menade. La storia del Tempio di Giove Capitolino è indissolubilmente intrecciata all'espansione dell'imperialismo romano: presso il santuario capitolino si svolgevano i riti che precedevano la partenza per le guerre di conquista, come pure al Tempio di Giove approdavano le processioni trionfali accordate dal Senato ai generali vittoriosi; esso divenne presto il simbolo della città di Roma e come tale fu riprodotto in tutte le nuove città fondate.