Ein grosser Teil des Heiligtum der Grossen Götter, bei Paleopoli, ist im Laufe der Zeit verfallen, aber die Lage in einer bewaldeten Schlucht ist spektakulär. Hier fanden Archäologen die berühmte Statue der griechischen Siegesgöttin Nike. Als die «Nike von Samothrake» steht sie heute im Louvre in Paris. In Paleopoli gibt es eine Reproduktion.
Das Heiligtum der grossen Götter geht auf die vor-griechische Periode zurück. Das runde Gebäude, das einst hier stand, das Arsinoeion, wurde 285 v. Chr. im Auftrag der Königin Arsinoe von Thrakien gebaut. Es war das größte runde Gebäude, das jemals in der griechischen Antike gebaut wurde und war ein Ort, an dem Opfer stattfanden. Das Hieron ist die markanteste Ruine auf dem Gelände, wegen der Säulen, die im Jahr 1956 wieder errichtet wurden. Der Kult der grossen Götter oder Kabiren existierte in der griechischen Antike als Mysterienkult neben der Verehrung der olympischen Gottheiten. Die Aufnahme in eine solche Kultgemeinschaft erfolgte gewöhnlich durch spezielle Initiationsriten. Weil die Mysterienkulte ihre Geheimnisse weitgehend gewahrt haben, können ihre Mythen und Riten kaum rekonstruiert werden und so gibt es nur viele Mutmassungen anhand antiker Schriften und archäologischer Funde. Bemerkenswert ist die Tatsache, dass nicht nur freie griechische Männer, sondern auch Frauen, Kinder, Nichtgriechen und Sklaven zu den rituellen Handlungen zugelassen wurden. Die Einweihungszeremonien fanden nachts mit verschiedenen Altaropfern und rituellen Tänzen statt.