Das Bauwerk besteht aus Pentelischem Marmor, für den Fries wurde grauer Stein aus Eleusis verwendet, und als Fundament diente Akrit-Stein aus Piräus. An der Vorderseite des östlichen Gebäudeteils ragt eine ionische Säulenhalle mit sechs Säulen auf – dort war auch der Eingang, flankiert von je zwei Fenstern. Im Inneren dieses Tempels wurde das Kultbild der Athene aufbewahrt – eine Statue aus Olivenholz, die während der Panathenäen von den Arrephoroi mit einem Schleier bekleidet wurde. Der westliche Teil, der tiefer liegt, hatte seinen Eingang durch ein propyläenartiges Tor in Form eines „Π“ auf der Nordseite, mit vier ionischen Säulen vorne und je einer an den Seiten. Im gepflasterten Bereich der Halle, die das Propylon bildet, sollen nach Überlieferung die Spuren des Dreizacks zu sehen sein, mit dem Poseidon den Boden schlug und die salzige Quelle hervorbrachte. Der Tempelboden war aus Marmor, und darunter soll sich laut Legende das „Erechtheis-Meer“ befunden haben, in das das Wasser der salzigen Poseidon-Quelle mündete. Eine kleine Tür in der westlichen Tempelwand führte zum Heiligtum der Pandrosos, westlich vom Erechtheion. Die Außenseite der Westseite war mit vier ionischen Säulen auf einem hohen Sockel versehen, die durch niedrige Mauern und Geländer verbunden waren. Eine weitere Tür im südlichen Tempelwand führte über eine Treppe zur Karyatidenhalle – einer kleinen ionischen Säulenhalle in „Π“-Form, deren Säulen durch sechs Frauenfiguren ersetzt wurden, die mit ihren Köpfen das Dach stützen. Diese Figuren, die später als Karyatiden bekannt wurden, stammen von den Tänzerinnen aus Karyae in Lakonien, die zu Ehren der Göttin Artemis tanzten. Sie wurden vom Bildhauer Alkamenes oder, laut anderen Quellen, vom Bildhauer Kallimachos geschaffen. Fünf der Karyatiden-Statuen befinden sich heute im Akropolis-Museum, die sechste im British Museum, an ihrer Stelle sind Nachbildungen aus Gussmaterial eingesetzt. Das ganze Bauwerk war mit einem Fries geschmückt, der vermutlich Szenen mit den mythischen Königen Athens darstellte. Im 1. Jahrhundert v. Chr. wurde das Denkmal bei barbarischen Überfällen niedergebrannt und nur leicht repariert und verändert. In der frühen Christenzeit wurde es in eine Kirche der Gottesgebärerin umgewandelt. Zur Zeit der Frankenherrschaft (1204–1456) diente es als Palast, und während der türkischen Herrschaft (1456–1833) beherbergte es das Harem des türkischen Gouverneurs. Anfang des 19. Jahrhunderts wurden eine der Karyatiden und eine Säule während der Plünderung der Marmore des Parthenon durch Lord Elgin entfernt. Kurz darauf, 1827, wurde das Gebäude während des griechischen Befreiungskampfes von einer türkischen Granate zerstört. Unmittelbar nach der Befreiung begann man mit Restaurierungsarbeiten. Das Erechtheion war das erste Monument auf der Akropolis, dessen Wiederaufbau zwischen 1979 und 1987 abgeschlossen wurde – im Rahmen der umfassenden Restaurierungen auf der Akropolis. Für diese Restaurierung erhielt man den Europa Nostra Preis.