古くは山野の女神で、野獣（特にクマ）と関わりの深い神であったようである。アテーナイには、アルテミスのために、少女たちが黄色の衣を着て、熊を真似て踊る祭があった。また女神に従っていた少女カリストーは、男性（実はアルテミスの父ゼウス）との交わりによって処女性を失ったことでアルテミスの怒りをかい、そのため牝熊に変えられた。また、多産をもたらす出産の守護神の面も持ち、妊婦たちの守護神としてエイレイテュイアと同一視された。地母神であったと考えられ、子供の守護神ともされた[3]。
女神は、森の神として、兄弟神アポローンとともに「遠矢射る」の称号をもち、疫病と死をもたらす恐ろしい神の側面も持っていた。また産褥の女に苦痛を免れる死を恵む神でもある。また神話の中ではオレステースがイーピゲネイアと共にもたらしたアルテミスの神像は人身御供を要求する神であった。アルテミスに対する人身御供の痕跡はギリシアの各地に残されていた。
古典時代の神話では、狩猟と純潔を司る処女神とされる。アルテミスの祭祀は女性を中心とするものであった。神話では、多く弓矢を持ちニュンペーを従えてアルカディアの山野をかけ、鹿を射るが、時には人にもその矢が向けられる。通常、アポローンとともにデーロス島で生まれたとされるが、これは後世的な伝承で、母レートーがヘーラーの嫉妬を避けて放浪したとき、オルテュギアー島でまずアルテミスが生まれ、さらにデーロス島でアポローンが生まれた。
このときアルテミスは生まれたばかりであるにもかかわらず、母の産褥に立会い、助産婦の務めを果たした。さらに、まだ幼いうちに、処女であること、そして妊婦の守護神であることなどをゼウスに願い出たとされる。アポローンとともに行動することが多く、母をあなどったニオベーの子供たちに弓を向けた話が伝わる。またアルテミスの怒りに触れて不幸をこうむったものには英雄オーリーオーンやアクタイオーンの伝説がある。アルテミスには女神固有の独立神話が少なく、このことからギリシアでの崇拝は遅く始まったことが伺われる。
エペソスのアルテミス崇拝エペソスの女神[4]
小アジアの古代の商業都市エペソスは、アルテミス女神崇拝の一大中心地で、この地にあったアルテミス神殿はその壮麗さで古代においては著名であった。また、この神殿は現在遺跡が残るのみであるが、近くの市庁舎に祀られていた女神の神像は今日も伝存している。この像は胸部に多数の乳房に見える卵形の装飾を付けた外衣をまとっており、あたかも「多数の乳房を持つ」ように見える（この像は一般に「多数の乳房を持つ豊穣の女神」として知られ紹介されるが、実際は乳房ではないのであり、実体は不明である）。
小アジアにおけるキュベレーなどの太母女神信仰と混交して独特なアルテミズ女神崇拝が存在していたと想定されている。それは植物の豊穣や多産を管掌する地母神としてのアルテミス崇拝であった。この信仰は、古代ギリシアの森や山野の処女女神アルテミスのイメージ・原像とは明らかに異なっている。また、出産の女神でもあったアルテミスの原像ともかなり異なっている。
キリスト教における使徒であるパウロスには、『新約聖書』に『エペソス人への書簡』があり、エペソスの人々にキリスト教徒のあり方を語っているが、パウロスはアルテミス信仰と正面から戦いを挑んでいたとも考えられる（『使徒行伝』はエペソスにおける女神信仰の様を偶像崇拝と記している）。女神の壮麗な神殿は、キリスト教の地中海世界への伝播と勝利とともに信仰の場ではなくなり、やがてゴート族の侵攻で灰燼に帰した。
アルテミス女神については、オウィディウスなどが『変身物語』において、読み物風の恋愛譚を書き残したことでよく知られる。オーリーオーンとの恋愛の話などが存在する。
カリストー（Kallisto）はアルカディアのニュンペーであるが、純潔を誓い、アルテミス女神に従っていた。ゼウスは姿を変えてカリストに近づき、彼女を愛した。こうして二人のあいだにアルカディアの祖となるアルカスができるが、アルテミスはこれを怒り、彼女を雌熊に変えた（一説では、ヘーラーが、またゼウス自身が、雌熊に変えた）。カリストーはアルテミス女神によって殺されたとも、息子アルカスがそれと知らず、熊と思い彼女を殺したともされる[5]。
ゼウスはカリストーを憐れんで、天にあげおおぐま座にしたとされる。息子アルカスはこぐま座となった。（なおうしかい座も、アルカスの姿であるといわれる） しかし、このカリストーは、本来、アルテミス・カリステー（Artemis Kalliste,「もっとも美しいアルテミス」の意味）で、アルテミス自身のことであったと考えられる[6]。
アクタイオーン（Aktaion）は、アポローンの子アリスタイオスと、カドモスの娘アウトノエーとのあいだに生まれた子で、猟師であった。彼は、キタイローン山中で、50頭の犬を連れて猟をしていたが、たまたま、アルテミスが泉で水浴している姿を垣間見、女神の裸身を見た。アルテミスは怒り、アクタイオーンを鹿に変え、その連れていた50頭の犬に襲わせた。犬たちによってアクタイオーンは引き裂かれて死んだ[7]。
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