Божественный пантеон херсонесцев по-прежнему возглавляла Дева. Возросло значение Херсонаса, изображение которого появилось на монетах. В число официальных входили также культы Зевса Сотера, Асклепия и его дочери (богини здоровья Гигиен), Гермеса, Афродиты. Между тем частными, домашними становятся такие божества, как Деметра, Дионис, Аполлон, Афина, Кибела, Геракл. Появляются новые боги (в том числе не без влияния Рима): Исида, Сарапис, Митра. Солдаты римского гарнизона уповали на Юпитера Лучшего Величайшего и Юпитера Долихена, Зевса Добиранского, Геркулеса, Вулкана, Немесиду, Гелноса, других богов.
В позднеантичное время усилилась тяга к восточным культам и монотеизму, повысился интерес к суевериям, мистике, магии (в погребениях резко возрастает число всевозможных амулетов, оберегов), к учениям, проповедовавшим счастливое загробное существование. Тем не менее, христианство нашло в Херсонесе поклонников не сразу, переходный период от язычества к христианству растянулся на довольно длительное время. Небольшая христианская община могла возникнуть здесь еще в конце IV — начале V в., но тогда на херсонесском некрополе даже не было специального участка для захоронения христиан. Росписи с христианской символикой появляются в склепах не ранее второй половины/конца V – VI в., а первые христианские храмовые комплексы возводятся в конце V – VI в. (активное строительство церквей началось в VI – VII вв.). Возможно, первыми почитателями нового вероучения стали представители знати, им могли принадлежать склепы с самыми ранними христианскими росписями.
В городе проживало и какое-то количество иудеев, хотя памятников, связанных с их присутствием, обнаружено очень мало.
В условиях относительной стабилизации херсонесцы смогли больше внимания уделять своим культурным потребностям, образованию молодежи, чтению книг, посещению праздников, на которых проводились спортивные, театральные, мусические и поэтические состязания.
Не угасла в изменившейся политической обстановке херсонес-ская школа историков. О том свидетельствует рассказ о войнах между Боспором и Херсонесом, содержащийся в трактате «Об управлении империей» Константина Багрянородного. В нем автор явно опирался на какую-то местную хронику, вероятнее всего, херсонесскую, датированную V или VI в. от Р.Х. Традиции школы оказались настолько сильны, что по прошествии многих веков ее представители держались правила любить старину, уважать наивные народные предания и верить в чудодейственную силу богов.
Из Херсонеса римского времени происходит немало свидетельств о развитии медицины в античном Северном Причерноморье. Здесь и обнаруженные при раскопках разнообразные медицинские инструменты, и свидетельства о лекарствах, данные относительно наличия в районе совр. Сак своего рода грязелечебного курорта. Немало медиков обслуживало римских воинов и входило в состав гарнизона.
Археологические материалы свидетельствуют и о развитии искусства, творчестве скульпторов, живописцев.
