帕特农神庙是雅典卫城主体建筑，为了歌颂雅典战胜波斯侵略者的胜利而建。设计这座神庙的建筑师为伊克梯诺和卡里克利特。帕特农神庙是供奉雅典娜女神的最大神殿，帕特农原意为贞女，是雅典娜的别名。帕特农神庙呈长方形，庙内有前殿、正殿和后殿。神庙基座占地面积达2.3万平方英尺，有半个足球场那么大，46根高达34英尺的大理石柱撑起了神庙。
帕特农神庙的设计代表了全希腊建筑艺术的最高水平。从外貌看，它气宇非凡，光彩照人，细部加工也精细无比。它在继承传统的基础上又作了许多创新，事无巨细皆精益求精，由此成为古代建筑最伟大的典范之作。它采取八柱的多立克式，东西两面是8根柱子，南北两侧则是17根，东西宽31米，南北长70米。东西两立面山墙顶部距离地面19米，柱高10.5米，柱底直径近2米，即其高宽比超过了5，比古风时期多利亚柱式（三种希腊古典建筑柱式中最简单的一种）通常采用的4比1的高宽比大了不少，柱身也相应颀长秀挺了一些。这也反映了多利亚柱式走向古代规范的总趋势。
帕特农神庙为雅典城邦守护神雅典娜而建的祭殿。神庙背西朝东，耸立于3层台阶上，玉阶巨柱，画栋镂檐，遍饰浮雕，蔚为壮观。整个庙宇由凿有凹槽的46根大理石柱环绕，柱间的用大理石砌成的92堵殿墙上，雕刻着栩栩如生的各种神像和珍禽异兽。神庙有两个主殿：祭殿和女神殿，从神庙前门可进祭殿，踏后门可入女神殿。在东边的人字墙上的一组浮雕，镌刻着智慧女神雅典娜从万神之王宙斯头里诞生的生动图案；在西边的人字墙上雕绘着雅典娜与海神波塞冬争当雅典守护神的场面。
祭殿的外面的腰线上镂着雅典娜节日的游行盛况：有欢快的青年、美丽的少女、拨琴的乐师、献祭的动物和主事的祭司。在帕特侬神庙里，原来还供奉着一尊高达12米的雅典娜女神的雕像。神像设计灵巧，可以搬动或转移隐蔽。形象是这样的；她站立着，长予靠在肩上，盾牌放在身边，右手托着一个黄金和象牙雕的胜利之神；黄金制造的头盔、胸甲、袍服色泽华贵沉稳，象牙雕刻的脸孔、手脚、臂膀显出柔和的色调，宝石镶嵌的眼睛炯炯发亮……雕塑家在作品完成之后，将之交到了当时最杰出的画家手中，因为他认为“画家的最后笔触能给神像增添宗教色彩”。这座由古希腊最伟大的雕刻家菲迪亚斯精制作的艺术珍品，在公元146年被东罗马帝国的皇帝掳走，在海上失落了。现在人们只能根据古罗马时代的小型仿制品约略想象她的英姿。帕特侬神庙几经天灾人祸，历尽人间沧桑。公元393年它被改作基督教堂。在土耳其统治时期，它又成了伊斯兰的寺院。公元1687年威尼斯军队炮轰城堡，引爆了土耳其人堆放在神庙里的炸药，把庙顶和殿墙全部炸塌。19世纪初，英国驻君士坦丁堡的大使埃尔金，雇用工匠，把表现雅典娜勋业的巨型大理石浮雕群像劫走。这批稀世之珍，有些在锯凿过程中破碎损毁，有些因航海遇难而沉入海底，幸存的至今仍陈列在英法等国的博物馆里。19世纪下半叶，曾对神庙进行过部分修复，但已无法恢复原貌，现仅留有一座石柱林立的外壳。
神庙的内部，既遵循多利亚柱式的惯例，安排得很简单，又主题突出，庄重宏伟。与一般神庙相同，殿堂均分为前后两间，前厅安置神像，后库存放祭品和财物。帕特农神庙的前厅安置着菲迪亚斯制作的黄金象牙雕的雅典娜巨像，高达12米。为配合这尊巨像，前厅用两层多利亚的柱列围绕巨像的左右和后方。上承屋顶，旁开空廊，更衬托出巨像的高大，而它们的檐部也大大简化，只有额枋而没有三陇板和间板。像之前方直到大门为一片空白，不置任何杂物，却在靠近巨像基座处挖出一个长方形水池，利用池中之水反射从大门而来的阳光，使金光闪烁的巨像更显富丽堂皇。和前厅隔开的后库则是真正的宝库，用来存放雅典海上同盟各邦交纳的贡金。廊前列雕花铁栅，库房用四根柱子支撑，不过柱子是爱奥尼亚式而非前厅所用的多利亚式。这一方面适应了同盟各邦主要属于爱奥尼亚地区的情况，同时也反映了神庙设计思想的一大特点，即按伯里克利所宣扬的“雅典是全希腊的学校”的思想，把两种柱身容于一身。