神殿的內部分成正廳和附殿。正廳又叫東廳，廳內原本供奉著著名雕刻大師菲迪亞斯雕刻的雅典娜神像。據載，雅典娜女神身穿戰服，高達12米，象牙雕刻的臉孔柔和細致，手腳、臂膀細膩逼真，寶石鑲嵌的眼睛炯炯發亮。她戴著黃金製造的頭盔，盔上正中央是獅身人麵的司芬克斯，兩邊是獅身鷲嘴有翅的格裏芬。胸前的護心鏡上裝飾著蛇發女妖美杜莎的頭。長矛倚在肩上，刻著希臘人與亞馬遜人之戰的盾牌放在一邊，右手托著一個黃金和象牙雕製的勝利女神像，英姿颯爽，威風凜凜。西門內是附殿，貯存財寶和檔案。
整個廟宇最突出的是它整體上的和諧統一和細節上的完美精致。神廟的建築建立在嚴格的比例關係上，反複運用畢達哥拉斯定理，尺度合宜，比例勻稱，反映了古希臘文化中數學和理性的審美觀，以及對和諧的形式美的崇尚。整個結構中，幾乎沒有一根直線，每個布局表麵都是彎曲、錐形的，或隆起的，這使人們在觀察它的外形時，不會因直線產生錯覺而影響對和諧與完美的感受。
在帕特儂神廟裏，有一些極為偉大的雕塑品，裝點在不同的位置，共同構成美妙無比的景觀。原來位於東山牆的“三女神”，就是一件不朽之作。據說雕像的設計者是雅典最著名的雕塑家菲迪亞斯，他是伯裏克利的密友，協助他興建了許多工程，帕特儂神廟就是他擔任總監。
帕特儂神廟遺跡“三女神”在古代希臘的神話中，極富神秘色彩。她們是宙斯和夜神所生的女兒，一個專職紡織命運之線，一個分配命運線的短長，第三個負責切斷人的命運之線。現存的遺跡已經毀壞得很嚴重，頭部和上肢都不見了，其他部位，包括衣紋也有不同程度的損傷，但留下來的身軀，卻依然顯示出驚人的美。雕刻家菲迪亞斯為了能充分利用山牆的空間，巧妙地安排了三人的姿勢，一個高高端坐，一個蜷腿席地而坐，另一個斜倚在同伴身上，顯得生動和諧，雖精心設計卻不顯有意雕琢的做作，輕鬆自如，令人賞心悅目。菲迪亞斯認為“神人同形同性”，因此，他把命運三女神刻畫為三個豐滿動人的年輕女性。他以高超的技藝為我們塑造出一幅不朽的形象。三個依偎的女神身上柔軟地裹著希臘式的寬大紗衣，紗衣是那樣的輕柔薄細，像被海水打濕了一樣緊貼在身上，隱隱透出女神各自不同的體態，或起或伏，或皺或舒，或疊或平，若隱若現，朦朦朧朧，構成一種極富魅力的絕妙線條，栩栩如生、淋漓盡致地呈現出女神們玲瓏迷人的身軀，給人帶來無限遐想和美妙的享受。這些石頭仿佛已被賦予了生命，在細密的衣褶下，似乎還能感到她們呼吸的起伏、肉體的溫暖，我們不能不為菲迪亞斯的鬼斧神工而驚歎。難怪古代羅馬人曾說沒見過菲迪亞斯的神像可謂枉活一生。
20世紀著名的建築大師柯布西耶在遊曆過帕特儂神廟後，歎為觀止。他是這樣描述的：它有可怕的超自然力量，使得方圓數裏範圍內的一切，均為之碎裂。
這座神廟自建成以來，曆經了2000多年的滄桑變化。在公元426年，希臘城邦衰亡後，神廟被改作基督教堂。到了土耳其統治時期，它又變成了伊斯蘭教的清真寺。一直到17世紀中葉，帕特儂神廟還保存得相當完整，但在1687年，當土耳其和威尼斯交戰時，威尼斯人的一顆炮彈打進了被土耳其人充作火藥庫的神廟內，把廟頂和殿牆全部炸塌了，神廟毀於一旦。而到19世紀初，英國駐君士坦丁堡的大使埃爾金竟雇用工匠，把神廟內雕刻著雅典娜功業的巨型大理石浮雕劫走。這批稀世之珍，有些在鋸鑿過程中破碎損毀，有些因航海遇難而沉入海底。幸存的殘片現陳列在英、法等國的博物館裏。
雖然帕特儂神廟現在隻剩下一片斷壁殘垣，但神廟巍然屹立的柱廊，依然鮮活地傳達著高貴典雅、簡約莊嚴的美感，仍然可以使人們深切地感受到神廟當年的風姿。