卫城建筑群的中心是帕特农神庙，它耸立在旧雅典娜神庙南面，由当时著名建筑师伊克蒂诺斯和卡利克拉特在执政官伯里克利主持下设计，费时9年，于公元前438年完成。同年，著名雕刻家菲迪亚斯在神庙内建成高大的雅典娜神像 。神庙为长方形周柱式建筑，建在50厘米高、70厘米宽的三层阶梯基座上，东西长约70米，南北宽不足31米，原高超过13米。神殿四周由48根带半圆凹槽和锥形柱头的多利克式大理石圆柱支撑，圆柱直径1.9米，高10余米。3层柱廊上支承的大理石条石额枋屋檐，由带竖条的石板和带浮雕的石板间隔组成。东西两端檐部之上是饰有高浮雕的三角形山花。神殿外观整体协调、气势宏伟，给人以稳定坚实、典雅庄重的感觉。通过两道柱廊，人们进入神庙内的"百步大厅"，这里曾经坐落着12.8米高的雅典娜神像，她全副武装，头带饰有战车飞鹰的头盔，左手持帝盾，右手托胜利女神。通体使用金片包裹，面部、手臂和脚趾用象牙装饰，双眼则以宝石镶嵌。

帕特农神庙在建筑美学方面还有其独到之处，东西两端的基础和檐部呈翘曲线，以造成视觉上更加宏伟高大的效果。另外，4根角柱比其他石柱略粗，以纠正人们从远处观察产生的错觉。神庙中大量以神话宗教为题材的各类大理石雕刻成为其艺术整体不可分割的一部分。

十分遗憾的是帕特农神庙正在维修中，内部的构造及雕塑都无法看到了。