Η Μονή Δαφνίου βρίσκεται στις παρυφές του όρους Αιγάλεω, σε θέση κομβική, παραπλεύρως της Ιεράς Οδού που από τους αρχαίους χρόνους ενώνει την Αθήνα με την Ελευσίνα. Σύμφωνα με τον Παυσανία, στη συγκεκριμένη περιοχή βρισκόταν αρχαίο ιερό του Δαφναίου ή Δαφνηφόρου Απόλλωνα.

Το μοναστήρι προστατεύεται από τετράγωνο περίβολο, ύψους 9 μ., οχυρωμένο με πύργους και επάλξεις, ο οποίος φέρει δύο πύλες εισόδου στη δυτική και την ανατολική του πλευρά. Κάθε πλευρά του περιβόλου έχει μήκος περί τα 98 μ. και πάχος περίπου 1 μ. Σήμερα, μόνο η βόρεια διατηρεί τα βασικά χαρακτηριστικά της τυπολογίας των τειχών: τρεις προεξέχοντες τετραγωνικούς πύργους και εσωτερική τυφλή τοξοστοιχία, πάνω στην οποία διαμορφώνεται ο περίδρομος (διάδρομος) που περιέτρεχε τα τείχη και τις επάλξεις. Αρχικά το τείχος ενίσχυαν δύο ακόμα ερειπωμένοι σήμερα πύργοι, ένας στη δυτική πύλη και ένας εσωτερικός στην ανατολική.

Κατά μήκος της βόρειας, ανατολικής και δυτικής πλευράς του οχυρού περιβόλου διατηρούνται ερείπια κτισμάτων, πιθανότατα των αρχικών κελιών.

Στο εσωτερικό του οχυρού δεσπόζει το Καθολικό (ο ναός της μονής), στη νότια πλευρά του οποίου είχε διαμορφωθεί τετράγωνος αύλειος χώρος με τοξοστοιχίες και κελιά. Το Καθολικό χρονολογείται στον 11ο αι. και ανήκει στον οκταγωνικό τύπο, που υιοθετείται στους μεσοβυζαντινούς χρόνους σε μία σειρά σπουδαίων μνημείων, όπως τα Καθολικά της Μονής Οσίου Λουκά στο Στείρι Βοιωτίας και της Νέας Μονής Χίου.

Η εξαιρετικά φροντισμένη κατασκευή του ναού, με ενσωματωμένα στην τοιχοποιία αρχαία μέλη, πλούσια κεραμοπλαστική διακόσμηση γύρω από τα παράθυρα και πολυτελή διάκοσμο στο εσωτερικό, με τα μοναδικής τέχνης επιτοίχια ψηφιδωτά του 11ου αι. και τον μαρμάρινο διάκοσμο, του οποίου ελάχιστα δείγματα σώζονται σήμερα, συνδέουν την ίδρυση του μνημείου με κύκλους της αυτοκρατορικής αυλής. Μετά την καταστροφή των ορθομαρμαρώσεων (μαρμάρινη επένδυση τοίχων), ο διάκοσμος στα κατώτερα τμήματα του κυρίως ναού συμπληρώθηκε με τοιχογραφημένες παραστάσεις, πιθανότατα του 17ου αι., οι οποίες σώζονται αποσπασματικά.

Σύγχρονος με τον ναό είναι ο νάρθηκας στη δυτική πλευρά, ενώ λίγο αργότερα προστέθηκε εξωνάρθηκας (προστώο) με όροφο. Μετά από σοβαρές βλάβες που προκάλεσε ισχυρός σεισμός κατά τη διάρκεια της Φραγκοκρατίας (13ος-14ος αι.), οι Κιστερκιανοί μοναχοί (μοναστικό τάγμα της Ρωμαιοκαθολικής εκκλησίας), στους οποίους είχε παραχωρηθεί η μονή από το δούκα των Αθηνών, Othon de la Roche, έκαναν εκτεταμένες ανακατασκευές στον εξωνάρθηκα, ο οποίος τότε απέκτησε τη σημερινή του μορφή, με τα οξυκόρυφα τόξα στην πρόσοψη και τις επάλξεις στον όροφο.

Κάτω από τον νάρθηκα του Καθολικού υπάρχει υπόγεια καμαροσκεπής κρύπτη, άγνωστης αρχικής χρήσης. Η κρύπτη θεωρήθηκε χώρος ταφής των Δουκών των Αθηνών, λόγω της αναφοράς σε έγγραφο του Λατίνου ηγουμένου της μονής Frere Jacques για ενταφιασμό του Δούκα των Αθηνών Guy II de la Roche σε τάφο των «προγόνων» του στο Δαφνί, το 1308. Η ύπαρξη μαρμάρινων σαρκοφάγων στη μονή ενισχύει την άποψη αυτή. Κοιμητηριακός, ωστόσο, ναός της μονής ήταν ο βυζαντινός ναός του Αγίου Νικολάου, ο οποίος βρίσκεται σε μικρή απόσταση ΝΑ του μοναστηριακού συγκροτήματος και σήμερα διατηρείται σε ημιερειπιώδη κατάσταση.

Μετά την κατάληψη της Αθήνας από τους Τούρκους, το 1458, το μοναστηριακό συγκρότημα αποδόθηκε και πάλι στους ορθόδοξους μοναχούς, οι οποίοι, πιθανότατα τον 16ο αιώνα, οικοδόμησαν περιμετρικά της μικρής αυλής νότια του Καθολικού διώροφα κτήρια με κελιά, τράπεζα, αποθήκες και στοά, τα οποία διατηρούνται αναστηλωμένα μέχρι σήμερα.

Στα νότια και δυτικά του αύλειου χώρου του ναού διατηρούνται αρχιτεκτονικά κατάλοιπα βοηθητικών κτισμάτων της βυζαντινής περιόδου (κινστέρνα, λουτρό, πιθανόν βιβλιοθήκη). Η κινστέρνα βρίσκεται πίσω από τη δυτική πτέρυγα των μεταβυζαντινών κελιών. Πρόκειται για υπόγεια δεξαμενή συγκέντρωσης του βρόχινου νερού, που αποτελείται από μια δίκλιτη, καμαροσκεπή αίθουσα, διαστάσεων 14 Χ 6 μ. και βάθους 7 μ.. Η άντληση του νερού γινόταν από δύο φρεατοστόμια στα δυο άκρα της κινστέρνας. Η κινστέρνα συνδέεται, μέσω υπόγειας σήραγγας, με τα τρία πηγάδια που τροφοδοτούν τη μονή με νερό: ένα στη νότια αυλή, ένα μέσα στην ισόγεια αίθουσα της ανατολικής πτέρυγας, γνωστής ως «μεταβυζαντινή Τράπεζα», και ένα έξω από την ανατολική πύλη της μονής. Σύμφωνα με την παράδοση, μέσα από την υπόγεια σήραγγα οι Οθωμανοί εισέβαλαν μετά από προδοσία και κατέλαβαν το μοναστήρι, όπου είχαν οχυρωθεί οι Έλληνες πολεμιστές κατά την επανάσταση του 1821.

Νοτιότερα της κινστέρνας σώζονται τα ερείπια του βυζαντινού λουτρώνα, χρήση του οποίου μπορούσαν να κάνουν και λαϊκοί, έναντι συμβολικής αμοιβής. Ο λουτρώνας θερμαινόταν από το δάπεδο και τους τοίχους όπου κυκλοφορούσε θερμός αέρας σε πήλινους αγωγούς.

Στα βόρεια του Καθολικού διατηρούνται ερείπια της βυζαντινής Τράπεζας (τραπεζαρία), ενός επιμήκους κτηρίου με ημικυκλική απόληξη στην ανατολική του πλευρά. Έφερε πλινθόστρωτο δάπεδο, μεγάλο τμήμα του οποίου διατηρείται μέχρι σήμερα. Οι ογκώδεις πεσσοί κατά μήκος των μακρών πλευρών του κτηρίου παραπέμπουν σε καμαροσκεπή στέγαση..

Τέλος, τα αρχιτεκτονικά κατάλοιπα στα δυτικά του εξωνάρθηκα, ανήκουν σε μακρόστενο, μονόχωρο κτίσμα των μεταβυζαντινών χρόνων. Επειδή, η κατασκευή στη βόρεια πλευρά της απολήγει σε αψίδα, παλαιότερα χαρακτηρίστηκε ως παρεκκλήσι και ταυτίστηκε με κτίσμα που αφιέρωσε στη μονή η συντεχνία των Μπακάληδων το 1764, σύμφωνα με ανευρεθείσα στη μονή επιγραφή. Νεότερες θεωρίες, ωστόσο, αποδίδουν στο κτήριο χρήση μοναστηριακής Τράπεζας.

Κατά την Επανάσταση του 1821 η μονή χρησιμοποιήθηκε περιστασιακά ως φρουραρχείο. Με την ίδρυση του Νεοελληνικού Κράτους (1830) ερημώθηκε και τελικά εγκαταλείφθηκε, αφού στέγασε για μικρό χρονικό διάστημα στρατώνα των Βαυαρικών (1838-1839) και Γαλλικών (1854) στρατευμάτων και το Δημόσιο Ψυχιατρείο (1883-1885).

Οι εργασίες στερέωσης και αποκατάστασης του συγκροτήματος και της συντήρησης του ψηφιδωτού διακόσμου του Καθολικού άρχισαν από τα τέλη του 19ου αιώνα από την Αρχαιολογική Εταιρεία και συνεχίζονται, περιοδικά, μέχρι σήμερα από την Αρχαιολογική Υπηρεσία. Μετά τον καταστροφικό σεισμό του 1999 οι εργασίες αποκατάστασης της μονής εντατικοποιήθηκαν από τις αρμόδιες Υπηρεσίες του Υπουργείου Πολιτισμού, με χρηματοδότηση από Ευρωπαϊκά Προγράμματα και το Ελληνικό Δημόσιο και συνεχίζονται μέχρι σήμερα.

Από το 1990, η Μονή Δαφνίου περιλαμβάνεται ως σειριακή (ενιαία) εγγραφή μαζί με τη Μονή Οσίου Λουκά στο Στείρι Βοιωτίας και τη Νέα Μονή της Χίου στον Κατάλογο Μνημείων Παγκόσμιας Πολιτιστικής Κληρονομιάς της UNESCO.