En su interior hubo un xoanon, imagen de Atenea personificada como Niké, o diosa alada, símbolo de las victorias navales, a la que se cortaron las alas (áptera significa sin alas) para que nunca pudiese abandonar la ciudad.
Pero el templo no estaba destinado a grandes reuniones, para eso tenía enfrente un altar que permitía celebrar ceremonias al aire libre.
Es una estructura jónica tetrástila (cuatro columnas) con un pórtico de columnatas en las fachadas delantera y trasera (anfipróstilo), diseñada por el arquitecto Calícrates.
La altura total desde el estilóbato hasta la cima del frontón originalmente era de unos modestos 7 metros.
Sobre sus reducidas dimensiones, Marie-Christine Hellmann aduce que su estructura anfipróstila se debió a limitaciones de espacio.
Este paramento, obra de la escuela de Fidias, muestra sus principales características, como los paños mojados (ya esculpidos al trépano) o figuras divinas (como la propia Atenea) en acciones «cotidianas» como atarse una sandalia, que demuestran el alejamiento del idealismo del primer clasicismo.