Религиозное сознание жителей Боспорского царства было синкретическим. Основу его составляли принесенные из метрополии религиозные воззрения греков-ионийцев, основанные на образно-мифологических представлениях об окружающем их мире. Однако, культурные контакты с варварским населением привели к тому, что в религиозные представления боспорских греков стали вплетаться элементы местной религии и мифологии.
О религиозных представлениях населения античной Горгиппии свидетельствуют эпиграфические памятники, находки мраморных скульптур, терракотовых статуэток, бронзовой пластики и культовой посуды.
Важную роль в официальной религии Горгиппии играла божественная триада – Зевс, Гея и Гелиос: именно их попечительству передавались отпускаемые на волю рабы (Корпус боспорских надписей (КБН) надписи 1123 и 1126). Посвящением Зевсу Сотеру (Спасителю) начинается горгиппийская надпись начала I в. н.э. с текстом писем царя Аспурга. Из культурного слоя городища происходит бронзовая статуэтка Зевса-Юпитера. Культ Гелиоса подтверждается находками в Горгиппии двух золотых щитков жреческих венков с изображением этого солнечного бога.
Жизнь в портовом городе была тесно связана с морской стихией, в результате чего в Горгиппии существовал официальный культ Посейдона, храм которого упоминается в одной из надписей (КБН 1134).
Земледельческий характер экономики полиса воплотился в почитании богини плодородия Деметры. Есть предположение, что именно ей был посвящен один из горгиппийских храмов дорического ордера. Неподалеку от места обнаружения его конструктивных элементов было открыто скопление эллинистических терракотовых протом, изображающих Деметру и ее дочь Персефону, а также культовой посуды, применявшейся в религиозных пиршественных церемониях. Некоторые сосуды несут короткие, в две буквы, посвящения АР, АП, ΔI, свидетельствующие о том, что в святилище Деметры могли находиться алтари, посвященные Артемиде, Аполлону и Дионису. При раскопках Горгиппии найдено несколько терракотовых статуэток, изображающих Деметру Куротрофу, держащую на руках младенца Персефону.
Деметра воплощала в себе один из образов Великой Богини Матери, известной у многих народов древности, в том числе и у греков. С культом этого божества в разных ипостасях связаны находки в Горгиппии терракотовых статуэток, изображающих сидящую в кресле богиню.
Культ Артемиды появился в Горгиппии в период возникновения полиса – об этом свидетельствуют надпись IV в. до н.э. с посвящением этой богине, а также находка перстня с ее изображением.
Весьма почитаем в Горгиппии был Гермес. Ему были посвящены проходившие в полисе в первой половине III в. до н.э. ежегодные спортивные праздники Гермеи, имена победителей в которых высекались на мраморной плите (надпись КБН 1137). При раскопках в Горгиппии найдены бронзовые статуэтки Гермеса и терракотовые гермы – миниатюрные стилизованные изображения путевых столбов, увенчанных головой божества-покровителя торговцев и путешественников.
Широкое распространение в Горгиппии получил культ Афродиты, не исключено, что в полисе он носил официальный характер. В пользу этого свидетельствует надпись КБН 1115 на мраморной плите, сообщающая о строительстве в Горгиппии в начале II в. н.э. храма Афродиты Навархиды
(Судоначальницы, покровительницы мореплавателей), осуществленном наместником боспорского царя на собственные средства. Найденные при раскопках Горгиппии мраморные, бронзовые и терракотовые статуэтки Афродиты свидетельствуют о почитании богини и в других ее эпиклесах (образах): Урании, Анадиомены, Апатуры, Каллипиги. Примечательна происходящая из Горгиппии группа терракотовых статуэток, представляющих Афродиту в высоком калафе, закутанной в покрывало: судя по всему, это образ Афродиты Апатуры (Обманщицы), культ которой, по свидетельству Страбона, был распространен на Азиатском Боспоре. Афродита Урания (Небесная) в окружении Эротов представлена на золотых и серебряных пластинах, служивших деталями погребальных венков и щитками фибул-брошей. Найденный в Горгиппии бронзовый бюст Афродиты в рогатой короне свидетельствует о распространении здесь синкретического греко-египетского культа Афродиты-Исиды. С культом Афродиты связаны находки на городище бронзовой фигурки крылатого Эрота и терракотовых статуэток, изображающих Эрота и Психею.
Судя по многочисленным находкам терракотовых статуэток, изображающих Геракла, культ этого мифического героя был широко распространен в Горгиппии. Геракл предстает в виде закутанного в львиную шкуру стоящего мужчины с луком и палицей в руках или совершающим один из своих подвигов. В Горгиппии встречено также несколько терракотовых 
статуэток, изображающего пирующего Геракла – эта сцена символизирует триумф героя. Из Горгиппии происходит постамент парной статуи Геракла и Гермеса, установленной, судя по надписи, в местном гимнасии. Двенадцать подвигов Геракла изображены на стенах открытого на некрополе Горгиппии в 1975 г. склепа.
Почитание в полисе Афины Паллады засвидетельствовано ее изображениями на щитках двух бронзовых перстней и резной каменной вставке золотого перстня, найденных при раскопках некрополя.
Весьма распространенным в городе был культ Тихе – богини судьбы и случая, римской Фортуны. В одном из горгиппийских домов была найдена мраморная скульптура этой богини. Фигура Тихе с рогом изобилия, кормовым веслом и колосом вырезана на каменных вставках перстней первых веков н.э.
Найденная при раскопках на городище мраморная фигура закутанного в гиматий мужчины, судя по всему, изображает бога врачевания Асклепия.
Существование в Горгиппии культа Диониса известно по находкам фигурных керамических сосудов в виде украшенной венком головы бога виноградарства и виноделия. Имеются основания предполагать, что именно Дионису был посвящен горгиппийский храм дорического ордера, стены которого украшали рельефные изображения персонажей, связанных с дионисийским культом – Сатира, Пана, Медузы Горгоны.
Почитание некоторых божеств известно по посвятительным надписям на сосудах, служивших приношениями в храмы и святилища. Одна из таких надписей содержит имя Геры – богини, покровительницы брака.
К первым векам н.э. относится загородное святилище конного бога, участок которого исследовался в предместье Горгиппии в 1985 г.: при раскопках найдены фрагменты мраморного рельефа, изображающего всадника. Не исключено, что горгиппийское святилище связано с культом одного из обожествленных боспорских царей.
В первые века н.э. в религиозные воззрения жителей Горгиппии проникают идеи монотеизма. Среди горгиппийских надписей этого времени имеются посвящения «богу высочайшему, вседержителю, благословенному» – как правило, ими начинаются манумиссии, сообщающие о даровании свободы рабам (КБН 1123, 1125, 1126).
Уже после гибели Горгиппии, в возникшем на ее месте поселении IV–V вв. н.э. утверждаются идеи христианства: в культурном слое этого времени и в одном из погребений некрополя встречены краснолаковые тарелки с оттиснутым изображением креста, крест изображен также на фронтоне эдикулы известнякового надгробия, найденного в окрестностях города.