Périclès confie au sculpteur Phidias la direction des travaux de l'Acropole. Ictinus et Callicratès sont les architectes du Parthénon, construit sur les fondations d'un grand temple antique, le Parthénon ou Hécatompédon, détruit par les Perses. La construction a duré quinze ans, de 447 à 432 av.

L'intérieur du Parthénon était divisé en deux zones distinctes, dont les entrées se trouvaient de part et d'autre de l'édifice. La salle orientale, la plus grande, était divisée en trois allées par des colonnes doriques et abritait la sculpture d'Athéna réalisée par Phidias. La salle occidentale, avec quatre colonnes ioniques au centre, servait à garder le trésor de la déesse et était connue sous le nom de Parthénon, c'est-à-dire la salle des vierges. La façade principale était orientée vers l'est, dans le sens du lever du soleil, comme c'était le cas pour les édifices religieux de l'Antiquité. Il comportait huit colonnes sur ses deux façades principales et dix-sept sur les côtés qui entouraient l'ensemble du temple, créant un couloir ou déambulatoire qui permettait à la population de circuler autour du temple lors des fêtes religieuses.

À l'extérieur, le temple avait une superficie de 69,54 mètres sur 30,87 mètres, avec des colonnes mesurant 10,43 mètres de hauteur. Il possédait un escalier composé de trois marches qui entouraient la base : les deux premières marches inférieures étaient appelées stéréobathes et la marche supérieure était appelée stylobathe.

De style dorique, le Parthénon a été conçu avec de légères corrections pour contrer les effets optiques de la perspective, en utilisant des lignes apparemment droites qui étaient en fait légèrement courbées pour obtenir une plus grande harmonie. Cette caractéristique a été identifiée par l'architecte anglais Penrose en 1847. Le bâtiment est resté pratiquement intact jusqu'en 1687, date à laquelle il a été considérablement endommagé par une explosion pendant la guerre vénéto-turque. On pense que les sculptures de Phidias ont d'abord été créées en argile ou en plâtre, puis transformées en marbre par ses apprentis. Le fronton de la façade occidentale représente la lutte entre Athéna et Poséidon pour le patronage de la ville, tandis que le fronton oriental, selon Pausanias, dépeint la naissance d'Athéna de la tête de Zeus. Les frontons sont connus grâce à des dessins du XVIIe siècle et à des copies anciennes.

La caractéristique architecturale novatrice du Parthénon était la frise intérieure qui courait le long du mur de la nef, une caractéristique qu'aucun édifice dorique antérieur n'avait utilisée à des fins décoratives. Cette frise mesurait 160 mètres de long, 105 cm de haut et 5,6 cm de profondeur dans ses parties les plus saillantes. Elle a été taillée dans le marbre du mont Pentélique, situé à 19 km de l'Acropole. La frise est composée de 378 figures humaines et 245 figures animales représentant la procession des fêtes panathénaïques.

Les sculptures étaient polychromes, les métopes et les frises étant colorées en rouge, tandis que le fronton avait une teinte bleue et que les yeux et les cheveux des personnages étaient peints. Des 92 métopes originales, seules 19 ont survécu, certaines dans le temple lui-même et d'autres au British Museum, car la plupart d'entre elles ont été endommagées lors des nombreux pillages de l'édifice. Les métopes du côté nord représentaient la prise de Troie ; celles de l'est, la lutte des dieux contre les géants ; celles du sud, le centauromaque ; et celles de l'ouest, une bataille entre les Grecs et les Amazones.