Divindades na antiga Mesopotâmia eram quase exclusivamente antropomórficas. Acreditava-se que possuíam poderes extraordinários e eram frequentemente imaginadas como sendo de tamanho físico tremendo. As divindades usavam normalmente melam, uma substância ambígua que "as cobria de um esplendor aterrador" e que podia também ser utilizada por heróis, reis, gigantes e até demónios. O efeito que tem sobre o humano que ver o melam de uma divindade é descrito como ni, uma palavra para o "rastejamento físico da carne". Tanto o sumério como a língua acádia contêm muitas palavras para exprimir a sensação de ni, incluindo a palavra puluhtu, que significa "medo". As divindades eram quase sempre representadas usando gorros com chifres, constituídos por até sete pares sobrepostos de chifres de boi. Por vezes, também eram representadas usando roupas com elaborados ornamentos decorativos de ouro e prata cosidos nelas.

Os antigos Mesopotâmios acreditavam que as suas divindades viviam no Céu,, mas que a estátua de um deus era uma personificação física do próprio deus. Assim, as estátuas de culto recebiam cuidado e atenção constantes e um grupo de sacerdotes era designado para cuidar delas. Estes sacerdotes vestiam as estátuas e preparavam banquetes diante delas para que pudessem "comer". Acreditava-se que o templo de uma divindade era literalmente o local de residência desta divindade. Os deuses possuíam barcos, barcaças de tamanho normal que eram normalmente armazenados dentro dos seus templos e eram utilizados para transportar as suas estátuas de culto ao longo dos cursos de água durante vários festivais religiosos. Os deuses tinham também carruagens, que eram utilizadas para transportar as suas estátuas de culto por terra. Por vezes, a estátua de culto de uma divindade era transportada para o local de uma batalha para que a divindade pudesse assistir ao desenrolar da batalha. Acreditava-se que as principais divindades do panteão mesopotâmico participavam na "assembleia dos deuses", através da qual os deuses tomavam todas as suas decisões. Esta assembleia era vista como uma contraparte divina da sistema legislativo semi-democrático que existiu durante a Terceira Dinastia de Ur ( 2112 a.C. – 2004 a.C.).

O panteão mesopotâmico evoluiu muito ao longo da sua história. De um modo geral, a história da religião mesopotâmica pode ser dividida em quatro fases. Durante a primeira fase, a partir do quarto milénio a.C., os domínios das divindades centravam-se sobretudo nas necessidades básicas da sobrevivência humana. Durante a segunda fase, que ocorreu no terceiro milénio a.C., a hierarquia divina tornou-se mais estruturada e reis deificados começaram a entrar no panteão. Durante a terceira fase, no segundo milénio a.C., os deuses adorados por uma pessoa individual e os deuses associados aos plebeus tornaram-se mais predominantes. Durante a quarta e última fase, no primeiro milénio a.C., os deuses tornaram-se intimamente associados a impérios e governantes humanos específicos. Os nomes de mais de Foram recuperados 3000 divindades mesopotâmicos de textos cuneiformes. Muitos deles são de longas listas de divindades compiladas por antigos escribas da Mesopotâmia. A mais longa destas listas é um texto intitulado An = Anum, uma obra académica babilónica que lista os nomes de mais de 2.000 divindades. Embora por vezes erroneamente considerada simplesmente como uma lista de deuses sumérios com os seus equivalentes acádios, tinha como objectivo fornecer informações sobre as relações entre deuses individuais, bem como breves explicações sobre as funções desempenhadas por eles. Para além de cônjuges e filhos de deuses, também listava os seus servos.

Vários termos foram empregues para descrever grupos de divindades. O termo colectivo Anunnaki é atestado pela primeira vez durante o reinado de Gudea ( 2144 – 2124 a.C.) e da Terceira Dinastia de Ur. Este termo referia-se geralmente às principais divindades do céu e da terra, dotadas de imensos poderes, que se acreditava que "decretavam os destinos da humanidade". Gudea descreveu-os como "Lamma (divindades tutelares) de todos os países." Embora seja comum na literatura moderna assumir-se que em alguns contextos o termo foi aplicado a divindades ctónicas do submundo, esta visão é considerada infundada pela assiriologista Dina Katz, que aponta que ela se baseia inteiramente no mito da Descida de Inanna, que não contradiz necessariamente a definição convencional dos Anunnaki e não os identifica explicitamente como deuses do submundo. Referências inequívocas aos Anunnaki como ctónicos provêm de fontes da hurrita (em vez de mesopotâmicas), nas quais o termo foi aplicado a uma classe de deuses hurritas distintos em vez disso. Os Anunnaki são mencionados principalmente em textos literários e muito pouca evidência para apoiar a existência de qualquer culto distinto deles foi descoberta devido ao facto de que cada divindade que poderia ser considerada um membro dos Anunnaki tinha o seu próprio culto individual, separado dos outros. Da mesma forma, ainda não foi descoberta nenhuma representação dos Anunnaki como um grupo distinto, embora tenham sido identificadas algumas representações dos seus membros individuais frequentes. Outro termo coletivo semelhante para divindades era Igigi, atestado pela primeira vez na período antigo babilónico ( 1830 a.C. – 1531 a.C.). O nome Igigi parece ter sido originalmente aplicado aos "grandes deuses", mas mais tarde passou a referir-se a todos os deuses do Céu coletivamente. Em alguns casos, os termos Anunnaki e Igigi são utilizados como sinónimos.

Principais divindades Samuel Noah Kramer, escrevendo em 1963, afirmou que as três divindades mais importantes no panteão mesopotâmico durante todos os períodos eram as divindades An, Enlil e Enqui. No entanto, pesquisas mais recentes mostram que a disposição do topo do panteão pode variar dependendo do período e da localização. A lista de deuses Fara indica que por vezes Enlil, Inana e Enqui eram considerados as três divindades mais importantes. Inana era também a divindade mais importante em Uruk e em vários outros centros políticos no período de Uruk. Gudea considerava Ninhursag, em vez de Enki, a terceira divindade de maior destaque. Uma fonte da Antiga Babilónia conserva uma tradição na qual Nanna era o rei dos deuses, e Anu, Enlil e Enqui meramente seus conselheiros, provavelmente uma visão esposada pelos sacerdotes de Nanna em Ur, e mais tarde em Harrã. Um antigo nome pessoal babilónico refere-se a Shamash como "Enlil dos deuses", possivelmente refletindo a existência de uma crença semelhante ligada a ele entre o seu clero também, embora ao contrário da doutrina da supremacia do deus da lua, aceite por Nabonido, não tenha encontrado apoio real em momento algum. Em Zabban, uma cidade no nordeste da Babilónia, Hadad era o chefe do panteão. No primeiro milénio a.C. Marduk tornou-se o deus supremo na Babilónia, e algumas fontes posteriores omitem completamente Anu e Enlil e afirmam que Ea recebeu a sua posição em relação a Marduk. Em algumas inscrições neobabilónicas, o estatuto de Nabu era igual ao de Marduk. Na Assíria, Assur era considerado o deus supremo.

O número sete era extremamente importante na cosmologia da antiga Mesopotâmia. Na religião suméria, as divindades mais poderosas e importantes do panteão eram por vezes denominadas de os "sete deuses que decretam": An, Enlil, Enki, Ninhursag, Nana, Utu e Inana. Muitas divindades importantes na mitologia suméria estavam associadas a corpos celestes específicos: Acreditava-se que Inana era o planeta Vénus, Acreditava-se que Utu era o Sol, e Nana era a Lua. No entanto, as divindades menores também podiam ser associados a planetas, por exemplo, Marte era por vezes chamado de Simut, e Ninsianna era uma divindade de Vénus distinta de Inana em pelo menos alguns contextos.