Perikles beauftragte den Bildhauer Phidias mit der Überwachung der Arbeiten auf der Akropolis. Iktinus und Kallikrates waren die Architekten des Parthenon, der auf den Fundamenten eines antiken großen Tempels, dem Parthenon oder Hekatompedon, errichtet wurde, der von den Persern zerstört worden war. Die Bauarbeiten dauerten fünfzehn Jahre, von 447 bis 432 v. Chr.

Das Innere des Parthenon war in zwei getrennte Bereiche unterteilt, deren Eingänge sich auf gegenüberliegenden Seiten des Gebäudes befanden. Die östliche Halle, die größte, war durch dorische Säulen in drei Gänge unterteilt und beherbergte die von Phidias geschaffene Skulptur der Athene. Der westliche Saal mit vier ionischen Säulen in der Mitte diente der Bewachung des Schatzes der Göttin und war als Parthenon, d. h. als Saal der Jungfrauen, bekannt. Die Hauptfassade war nach Osten, in Richtung des Sonnenaufgangs, ausgerichtet, wie es bei antiken religiösen Gebäuden üblich war. Sie hatte acht Säulen an den beiden Hauptfassaden und siebzehn an den Seiten, die den gesamten Tempel umgaben und einen Korridor oder Wandelgang bildeten, der es der Bevölkerung ermöglichte, bei religiösen Festen um den Tempel herumzugehen.

Von außen hatte der Tempel eine Fläche von 69,54 m mal 30,87 m, mit Säulen von 10,43 m Höhe. Er verfügte über eine Treppe, die aus drei Stufen bestand, die den Sockel umgaben: Die ersten beiden unteren Stufen wurden Stereobäder genannt, die obere Stufe hieß Stylobad.

Der Parthenon war im dorischen Stil gehalten und wurde mit leichten Korrekturen entworfen, um den optischen Effekten der Perspektive entgegenzuwirken, wobei scheinbar gerade Linien verwendet wurden, die in Wirklichkeit leicht gebogen waren, um eine größere Harmonie zu erreichen. Diese Besonderheit wurde 1847 von dem englischen Architekten Penrose erkannt. Das Gebäude blieb bis 1687 weitgehend intakt, als es durch eine Explosion während des venezianisch-türkischen Krieges erheblich beschädigt wurde. Es wird angenommen, dass die Skulpturen des Phidias zunächst in Ton oder Gips geschaffen und dann von seinen Lehrlingen in Marmor umgesetzt wurden. Der Giebel an der Westfassade stellt den Kampf zwischen Athene und Poseidon um die Vorherrschaft in der Stadt dar, während der Ostgiebel laut Pausanias die Geburt der Athene aus dem Haupt des Zeus zeigt. Die Giebel sind aus Zeichnungen aus dem 17. Jahrhundert und antiken Kopien bekannt.

Das innovative architektonische Merkmal des Parthenon war der Innenfries, der entlang der Wand des Kirchenschiffs verlief, ein Merkmal, das kein dorisches Gebäude zuvor zu dekorativen Zwecken verwendet hatte. Dieser Fries war 160 Meter lang, 105 cm hoch und an seinen markantesten Stellen 5,6 cm tief. Er wurde aus dem Marmor des 19 km von der Akropolis entfernten Berges Pentelicus gehauen. Der Fries bestand aus 378 menschlichen Figuren und 245 Tierfiguren, die die Prozession der Panathenäischen Feste darstellten.

Die Skulpturen waren polychrom, wobei die Metopen und Friese rot gefärbt waren, während das Giebelfeld einen blauen Farbton aufwies und die Augen und Haare der Figuren bemalt waren. Von den ursprünglich 92 Metopen sind nur 19 erhalten geblieben, einige im Tempel selbst und einige im Britischen Museum, da die meisten bei den zahlreichen Plünderungen des Gebäudes beschädigt wurden. Die Metopen auf der Nordseite stellen die Eroberung Trojas dar, die auf der Ostseite den Kampf der Götter gegen die Riesen, die auf der Südseite die Zentauren und die auf der Westseite den Kampf zwischen Griechen und Amazonen.