Здание построено преимущественно из пентелийского мрамора и делится на три части. Центральная прямоугольная часть — это собственно пропилеи. С восточной и западной сторон находятся по одной шестиколонной дорической стое, между которыми расположен поперечный стен с пятью дверями. Проход на Акрополь осуществлялся через центральную дверь, окружённую с обеих сторон тремя ионическими колоннами — между западной стоей и поперечным стеном. Центральное сооружение повторяет подъём рельефа: восточная стоя расположена выше западной, так же как и фронтонная крыша, тогда как два боковых здания ниже. Проблема подъёма рельефа решалась также внутри здания — с помощью ступеней на фасаде и в поперечном стене.
Северное крыло Пропилеев состоит из одной комнаты, известной по описанию путешественника Павсания как «Пинакотека» (1.22.6), поскольку помещение было украшено живописными картинами, среди которых были работы художников Полигнота и Аглаофонта. Перед комнатой располагалась небольшая дорическая стоя из трёх колонн, а вход осуществлялся через дверь, окружённую двумя окнами. По мнению некоторых исследователей, это помещение служило зоной отдыха или трапезной для посетителей Акрополя, и внутри, вероятно, имелись лежаки.
Южное крыло Пропилеев изначально планировалось схожим с северным, однако наличие более древнего храма Ники заставило архитектора отказаться от первоначального проекта. Поэтому была построена лишь одна стоя из трёх колонн, соответствующая северной. С западной стороны обеспечивался доступ к храму Афины Ники. Первоначальный проект здания предполагал также строительство боковых помещений с восточной стороны, но они так и не были возведены.
Внешний облик Пропилеев оставался неизменным до позднеантичного периода (IV–VII века н.э.), когда южное крыло было преобразовано в церковь, а в X веке центральная часть также использовалась как церковь, посвящённая Архангелам. Во время Франкократии (XIII–XIV века) Пропилеи служили резиденцией франкского правителя, а в тот же период для усиления обороны Акрополя на правом крыле здания был построен башенный укреплённый комплекс, известный как Кулас, который сегодня не сохранился. В период Османского владычества (1458–1830) Пропилеи стали резиденцией турецкого коменданта. Центральное здание использовалось как пороховой склад, что стало причиной первой серьёзной утраты памятника — взрыва в 1640 году.
После освобождения от османов были снесены средневековые и турецкие пристройки, проведены раскопки в районе Пропилеев. Реставрационные работы в памятнике велись с 1909 по 1917 год инженером Николаосом Балано. Современные работы по восстановлению Пропилеев начались в 1982 году в рамках более масштабной программы реставрации Акрополя, осуществляемой с 1975 года Службой реставрации памятников Акрополя в сотрудничестве с Первой Археологической службой доисторических и классических древностей под надзором Комитета по сохранению памятников Акрополя.
