Der Tempel wurde in 15 Jahren Bauzeit aus Marmor errichtet. Er war etwa 70 Meter lang und etwa 31 Meter breit. Auf dem dreistufigen Fundament war ein von Säulen umgebenes Gebäude erbaut. Die Säulen bildeten die Ringhalle und die Vorhalle. In dem Gebäude befanden sich zwei Räume: das Jungfrauengemach und die Cella, das Heiligtum des Tempels. Über den Säulen des Gebäudes zeigte ein Fries die Versammlung der Götter sowie eine Prozession zum Fest der Athene, den sogenannten Panathenäen. Außen am Tempel war ein Fries mit Szenen aus den Perserkriegen und Prozessionen angebracht. Beide Friese waren farbig gestaltet. Vermutlich verwendete man die Farben blau und rot. Die Giebel des Tempels zeigten Szenen wie Athenes Geburt oder ihren Kampf mit Poseidon um Attika.

Mitten in der Cella stand das Kultbild der Göttin Athene. Die etwa 11,5 Meter hohe Statue war aus Gold und Elfenbein gefertigt. In der linken Hand hielt die Statue einen Schild, in der rechten eine Figur der Siegesgöttin Nike. Die Athene-Statue wurde von den Mädchen mit einem reich verzierten Gewand und einem goldenen Brustfell (griechisch: Aigis) bekleidet. Der Legende nach diente die Aigis den Göttern dazu, Gewitter zu erzeugen, stand aber auch für Schutz. Daher leitet sich noch heute die Redewendung „unter jemandes Ägide (Schutz) stehen“ ab. Im 5. Jahrhundert nach Christus wurde der Tempel in eine Kirche umgewandelt. Dabei entfernte man die inneren Säulen und einige Wände der Cella. Die Statue der Athene und andere Skulpturen verschwanden. Ihr Verbleib war lange ungeklärt. Unter osmanischer Herrschaft ab 1456 diente der Parthenon als Moschee und im 17. Jahrhundert als Pulverkammer. Während eines Krieges gegen Venedig explodierte die dort gelagerte Munition und beschädigte das Gebäude schwer. Anfang des 19. Jahrhunderts wurden Teile der Statue und einige andere Skulpturen wiederentdeckt. Seitdem sind sie in London, Paris und Kopenhagen in den Nationalmuseen ausgestellt.

Vom Parthenon gibt es weltweit zahlreiche Nachbildungen. In Nashville, Tennessee (USA) steht seit 1897 ein Nachbau aus Gips, Holz und Backsteinen, der 1920 aus Beton erneuert und farbig gestaltet wurde. 1990 ergänzte man eine Kopie der Athene-Statue. Auch die Walhalla in Bayern ist dem Parthenon nachempfunden. 1842 wurde das Gebäude gebaut und die Fassade im Stil des Klassizismus gestaltet. 2016/2017 entstand im Rahmen der Kunstausstellung documenta 14 in Kassel ein Parthenon aus zensierten Büchern aus aller Welt.