Το Ιερό του Διονύσου Ελευθερέως, με το Θέατρο που αναπτύχθηκε στα βόρειά του, καταλαμβάνει το ανατολικό τμήμα της Νότιας Κλιτύος της Ακρόπολης και είναι το πρώτο μνημειακό σύνολο που αντικρύζει ο επισκέπτης καθώς εισέρχεται από την κεντρική είσοδο του χώρου, επί της οδού Θρασύλλου και του πεζόδρομου της Διον. Αρεοπαγίτου. Το ιερό ιδρύθηκε τον 6ο αι. π.Χ., κατά την περίοδο του τυράννου Πεισίστρατου ή των γιών του, που εισήγαγαν στην Αθήνα την λατρεία του Διονύσου από τις Ελευθερές της Βοιωτίας. Σ' αυτό γιορτάζονταν κάθε χρόνο τον μήνα Ελαφηβολιώνα, στα τέλη δηλαδή Μαρτίου με αρχές Απριλίου, τα Μεγάλα ή εν Άστει Διονύσια, η λαμπρότερη γιορτή προς τιμήν του θεού. Σήμερα διατηρούνται στο χώρο τα λείψανα κυρίως των κτηρίων που περιελάμβανε το ιερό κατά τον 4ο αι. π.Χ. Πρόκειται για τους δύο ναούς του Διονύσου, τον λατρευτικό βωμό, μία στοά, καθώς και τον τοίχο του περιβόλου που περιέκλειε το τέμενος, με το πρόπυλο στο ανατολικό τμήμα του.

Στο δεύτερο μισό του 6ου αι. π.Χ. ανεγέρθηκε ο ''αρχαϊκός'' ναός του Διονύσου, στον οποίο στεγαζόταν το ξόανο του θεού που είχε μεταφερθεί από την αρχικά βοιωτική και έπειτα αττική πόλη των Ελευθερών. Ο ναός ήταν δωρικού ρυθμού, το πιθανότερο με δύο κίονες ανάμεσα σε παραστάδες στην πρόσοψή του (δίστυλος εν παραστάσι). Οι διαστάσεις του έχουν υπολογισθεί σε 13,50x8,00μ. περίπου. Σήμερα σώζεται μόνο μέρος των θεμελίων του βόρειου και δυτικού τοίχου του μνημείου, κατασκευασμένα από ασβεστόλιθο της Ακρόπολης. Η ανωδομή του πρέπει να ήταν από πωρόλιθο, όπως προκύπτει από τα πώρινα αρχιτεκτονικά μέλη που αποκαλύφθηκαν κατά την ανασκαφή του μνημείου. Λίγο βορειότερα από το ναό διαμορφώθηκε ένας κυκλικός χώρος για την τέλεση των λατρευτικών δρώμενων προς τιμήν του θεού, τα οποία παρακολουθούσαν οι πιστοί καθισμένοι στο πρανές του λόφου της Ακρόπολης. Η πρώτη αυτή ''ορχήστρα'' και η διαμόρφωση που πραγματοποιήθηκε αποτέλεσαν τον πυρήνα του Διονυσιακού Θεάτρου.

Νοτιότερα του παλαιού ναού του Διονύσου και χωρίς να σταματήσει η λειτουργία του, ανεγέρθηκε στο β' μισό του 4ου αι. π.Χ. -βάσει της κεραμικής που αποκαλύφθηκε- ο Νεώτερος Ναός του Διονύσου, στον οποίο στεγαζόταν το χρυσελεφάντινο άγαλμα του θεού, έργο του Αλκαμένη. Ο ναός, κατά τους περισσότερους μελετητές, ήταν δωρικού ρυθμού, με πρόσταση από τέσσερις κίονες, η οποία πιθανόν προστέθηκε αργότερα. Σήμερα σώζονται μόνο τα θεμέλια του ναού και της βάσης του λατρευτικού αγάλματος, κατασκευασμένα από κροκαλοπαγή λίθο. Οι διαστάσεις του είναι 21,95x9,30μ. περίπου.

Νοτιοανατολικά του ναού έχουν διατηρηθεί τα θεμέλια του βωμού, διαστάσεων 11,5 x 3,30μ., επίσης από κροκαλοπαγή λίθο. Το μεγαλύτερο μέρος τους είναι σήμερα καταχωμένο. Στα βόρεια το ιερό οριοθετούσε μία στοά, μήκους περ. 62μ. και πλάτους 8μ., η οποία ήταν το πιθανότερο μονώροφη και δωρικού ρυθμού. Η στοά ανάγεται στην περίοδο της αναδιαμόρφωσης του ιερού από τον άρχοντα της Αθήνας Λυκούργο (γύρω στο 330 π.Χ.). Το τέμενος του Διονύσου περικλειόταν στις άλλες του πλευρές από έναν περίβολο από κογχυλιάτη λίθο, από τον οποίο σήμερα σώζεται μέρος του νότιου και ανατολικού τμήματός του. Στη νοτιοανατολική γωνία του ο τοίχος αυτός σχηματίζει μία εσοχή προκειμένου να παρακάμψει ένα προϋπάρχον μικρό παρόδιο ιερό. Στο ανατολικό τμήμα του περιβόλου υπήρχε το πρόπυλο του ιερού, σχήματος διπλού Π, στο οποίο κατέληγε η οδός των Τριπόδων. Σήμερα διακρίνονται τα θεμέλιά του από κροκαλοπαγή λίθο, τα οποία αποκαλύφθηκαν πρόσφατα.

Η ανασκαφική διερεύνηση του Θεάτρου και του Ιερού του Διονύσου πραγματοποιήθηκε κυρίως από την εν Αθήναις Αρχαιολογική Εταιρεία και το Γερμανικό Αρχαιολογικό Ινστιτούτο, κατά το β' μισό του 19ου αιώνα. Εκτεταμένες εργασίες καθαρισμού των μνημείων και διευθέτησης του αρχαιολογικού υλικού πραγματοποιήθηκαν από την Α΄ Αρχαιολογική Περιφέρεια, κατά τα έτη 1961-1962. Από το 1998 έως το 2004, εκτελέστηκαν από την Α΄ Εφορεία Προϊστορικών και Κλασικών Αρχαιοτήτων εργασίες ανάδειξης και προστασίας των μνημείων του ιερού, στο πλαίσιο του έργου της Ενοποίησης των Αρχαιολογικών Χώρων της Αθήνας.