神庙外部呈长方形，长228英尺，宽101英尺，有46根多立克式环列圆柱构成柱廊。其额枋、檐口、屋檐多处饰有镀金青铜盾牌、各种文饰和珍禽异卉等装饰性雕塑；由92块白色大理石饰板装饰而成的中楣饰带，有描述希腊神话内容的连环浮雕；东西庙顶的人字墙上，有雕刻着乘4马金车在天空奔驰的太阳神赫利俄斯、侧身躺卧的酒神狄俄尼索斯和驾银车遨游太空的月神塞勒涅的浮雕以及描写万神之王宙斯请火神赫淮斯托斯劈开他的脑袋，雅典娜全身披甲从中跃出的一组浮雕。神庙主体建筑为两个大厅，两旁各倚一座有6根多立克圆柱的门厅，东边门厅通向内殿，殿内供奉着巨大的雅典娜女神，神像设计灵巧，可搬动转移隐蔽。
巴特农神殿可谓历经沧桑，几经磨难。公元1687年威尼斯军队炮轰城堡，庙内内殿、殿墙等建筑夷为瓦砾。18世纪下半叶开始了欧洲列强来此盗运、抢夺文物，现有不少原属神庙的古物都散失。