De tempel is een dubbele Dorische peripteros met originele architectonische elementen. Het bestaat voornamelijk uit het naos, een achterkamer aan de westzijde, pronaoi aan beide zijden en een pteron met 8 zuilen aan de smalle kanten en 17 aan de lange kanten. De diameter van de zuilen was gelijk aan die van het Parthenon II, zodat reeds voorbereid marmer kon worden hergebruikt. Binnen leidde een tweekleurige Dorische zuilenrij in Π-vorm naar het chrys-elefantijnse beeld van Athena Parthenos, terwijl in de westelijke achterkamer vier Ionische zuilen de schat van de stad bewaakten. Het zadeldak was bedekt met marmeren dakpannen, en de frontons en hoeken waren versierd met beeldhouwwerk en marmeren acroteren.
De frontons beelden belangrijke mythen van Athena uit: het oostelijke toont haar geboorte uit het hoofd van Zeus, het westelijke haar strijd met Poseidon om het bewind over Athene. De 92 metopen tonen mythische gevechten zoals de Gigantomachie, de Trojaanse oorlog, de Amazonomachie en de Centauromachie. Het fries liep langs de bovenkant van het naos en de pronaoi en beeldde de processie van de Panathenaeën af, het grootste feest ter ere van Athena.
Het Parthenon behield deze vorm tot de 5e eeuw na Christus, toen het werd omgevormd tot christelijke kerk en later, tijdens de Ottomaanse overheersing, tot moskee. In 1687 liep het ernstige schade op door een Venetiaans bomexplosie, en veel beeldhouwwerken werden door Lord Elgin geroofd en overgebracht naar het British Museum. De eerste restauratiepogingen vonden plaats aan het einde van de 19e eeuw en werden grootschaliger uitgevoerd tussen 1922 en 1933. Tegenwoordig worden de restauratie- en conserveringswerkzaamheden voortgezet als onderdeel van het bredere restauratieprogramma van de Akropolis onder toezicht van de Commissie voor het behoud van de monumenten van de Akropolis.
