El templo tenía una planta circular y estaba rodeado por veinte columnas dóricas en su parte exterior.[1] Se conserva solo una parte del entablamento, cuyas metopas muestran escenas de lucha entre amazonas y centauros.Actualmente se mantienen en pie tres columnas exteriores y parte del arquitrabe.[6] El santuario adquirió gran importancia debido a una práctica por la cual quienes acudían para hacer una petición al oráculo primero debían ofrecer un sacrificio en el templo de Atenea Pronea, que era el lugar donde se alojaba la Pitia.[9] Delfos se vio forzada a buscar contribuciones, que eran grabadas en losas de piedra y erigidas en el santuario.[13] La función del tholos no está clara, puesto que hay diversas teorías sobre su posible uso.Otra hipótesis es que fuese un tesoro circular donde se custodiaban las estatuas, semejante al Filipeo de Olimpia.[17][2] El edificio se asentaba sobre un crepidoma que elevaba el templo 90 centímetros sobre el nivel del suelo.Sobre la columnata perimetral del templo apoyaba un friso con metopas y triglifos, de los cuales únicamente se conservan algunos fragmentos.[2] La entrada a la cella se producía a través de una abertura triple situada al sur, formada por dos postes o pilares en los extremos llamados antas entre los cuales se disponían dos semicolumnas jónicas, unido todo ello en la parte superior con un entablamento.[2] Las columnas exteriores estaban situadas considerablemente más próximas entre sí que en los edificios rectangulares contemporáneos.[2] La decoración escultórica del friso, datada entre los años 380 y 370 a. C., fue realizada con gran calidad artística por artesanos actualmente desconocidos.En el interior, las figuras del friso han perdurado desafortunadamente a pequeña escala y muy fragmentadas.[2] El supuesto tejado cónico estaba también decorado con acroteras que representaban a ocho estatuas femeninas danzando.Los elementos de la tradición iconográfica del siglo IV a. C. combinados de forma novedosa introducen un movimiento artístico innovador, iniciando una competición creativa entre el arte del relieve y el arte plástico esculpido.