Помимо культа Афины, на этом месте существовали и более древние культы. Уже в микенскую эпоху на западной стороне башни находилось небольшое святилище в форме двойной ниши, а до классического периода в восточной части располагались святилища Харит и Гекаты Эпипиргидии. Строительство классического храма Афины Ники входит в крупную строительную программу на Акрополе в эпоху Перикла. Важные сведения о его сооружении дают эпиграфические тексты, главным образом постановления афинского народа, касающиеся этого проекта. Храм, который мы видим сегодня, был возведён на вершине башни, специально приспособленной для этой цели. Старый микенский башенный фундамент был облицован тщательно обработанными известняковыми блоками, уложенными по изодомической системе, что придало сооружению более правильную форму и увеличило его размеры, завершённые богатым карнизом. Храм небольшой, ионического ордера, амфипростильный, с рядом из четырёх монолитных колонн на каждом узком фасаде. Он не имеет пронаоса, а только небольшой наос, боковые стены которого заканчиваются пилястрами с двумя столбами между ними. Промежутки между пилястрами и столбами, а также между пилястрами и угловыми колоннами закрывались решётками, создавая впечатление небольшого пронаоса. Над архитравом храм украшен фризом, выполненным Агоракритом. На трёх сторонах изображены сцены сражений греков с персами и греческих гоплитов между собой, а на восточной стороне представлены боги Олимпа, наблюдающие за этими битвами. От фронтонов сохранилось немного фрагментов; предполагается, что на западном изображалась гигантомахия, а на восточном — амазономахия. Алтарь находился к востоку, вне храма. В 409 г. до н. э. на краю башни было сооружено мраморное ограждение высотой около 1 м для защиты посетителей. Оно состоит из рельефных плит с изображениями крылатых Ник, приносящих жертвы, ведущих быков на жертвоприношение или украшающих трофеи, а также сидящей богини Афины, наблюдающей за этими сценами. Многие из этих плит и части фриза можно увидеть в Музей Акрополя, тогда как другие фрагменты находятся в Британский музей. Храм сохранялся на протяжении многих веков и в V веке н. э. был превращён в церковь. В период османского владычества его внутреннее пространство использовалось как пороховой склад, но в 1686 г. турки разрушили его, чтобы использовать строительный материал для возведения укреплений против венецианцев Морозини, включая высокую башню — так называемый Кула. Первое восстановление храма было проведено после основания греческого государства в 1835 году, а новые реставрационные работы состоялись в 1935–1940 гг., до Второй мировой войны. С 1997 года, в рамках работ Службы реставрации памятников Акрополя, начались новые работы по восстановлению и сохранению памятника. В 1994 году было опубликовано исследование по реставрации храма, а в 1998 году фриз был перенесён в Музей Акрополя.