Świątynia jest podwójnym peripterosem doryckim z oryginalnymi elementami architektonicznymi. Składa się głównie z naosu, tylnej komory od strony zachodniej, pronaosów po obu stronach oraz perystylu z 8 kolumnami po wąskich bokach i 17 po długich. Średnica kolumn była taka sama jak w Partenonie II, aby wykorzystać już przygotowany marmur. Wewnątrz dwukolorowa kolumnada dorycka w kształcie litery Π prowadziła do chryzelefantynowej statuy Ateny Partenos, a w zachodniej tylnej komorze cztery kolumny jońskie strzegły skarbca miasta. Dwuspadowy dach pokryty był marmurowymi dachówkami, natomiast frontony i narożniki zdobiły rzeźby oraz marmurowe akrotery. Frontony przedstawiają ważne mity związane z Ateną: wschodni – narodziny bogini z głowy Zeusa, zachodni – spór z Posejdonem o opiekę nad Atenami. 92 metopy ukazują mityczne bitwy, takie jak Gigantomachia, wojna trojańska, Amazonomachia i Centauromachia. Fryz okalał górną część naosu i pronaosów, przedstawiając procesję Panatenajów, największego święta ku czci Ateny. Partenon zachował tę formę do V wieku n.e., gdy został przekształcony w kościół chrześcijański, a później, w okresie panowania osmańskiego, w meczet. W 1687 roku doznał poważnych zniszczeń w wyniku eksplozji weneckiej bomby, a wiele rzeźb zostało zrabowanych przez lorda Elgina i przewiezionych do British Museum. Pierwsze próby konserwacji miały miejsce pod koniec XIX wieku, a w latach 1922–1933 przeprowadzono je na większą skalę. Obecnie prace restauracyjne i konserwatorskie kontynuowane są w ramach szerszego programu odbudowy Akropolu, pod nadzorem Komisji ds. Zachowania Zabytków Akropolu.