Κατά μήκος του νότιου τείχους της Ακρόπολης, στα ανατολικά και σε συνέχεια του Βραυρωνίου, υπήρχε η Χαλκοθήκη, ένα επίμηκες οικοδόμημα, του οποίου το όνομα και η χρήση μάς είναι γνωστά από αναφορές σε αρχαίες επιγραφές. Το κτήριο φιλοξενούσε κυρίως μεταλλικά αναθήματα που είχαν προσφέρει οι πιστοί στην Ακρόπολη, όπως όπλα, αγαλματίδια και υδρίες, και αποτελούσαν περιουσία της θεάς Αθηνάς. Μάλιστα, ένα ψήφισμα που σώζεται σε επιγραφή των αρχών του 4ου αι. π.Χ. ορίζει ότι όλα τα αντικείμενα που περιέχονταν στη Χαλκοθήκη έπρεπε να καταγραφούν και να αναγραφούν σε λίθινη στήλη, που επρόκειτο να αναρτηθεί μπροστά από το κτήριο. Το οικοδόμημα κτίσθηκε στα μέσα του 5ου αι. π.Χ. αλλά πρέπει να υπέστη επισκευές και προσθήκες στα μεταγενέστερα χρόνια, όπως δείχνουν αρχιτεκτονικά μέλη που έχουν βρεθεί στο χώρο. Είναι αξιοσημείωτο ότι ο Παυσανίας δεν αναφέρει το μνημείο κατά την περιγραφή της Ακρόπολης, ίσως γιατί στην εποχή του δεν παρουσίαζε πια κανένα ενδιαφέρον από άποψη ιστορική ή καλλιτεχνική.

Σήμερα στη θέση όπου βρισκόταν η Χαλκοθήκη σώζονται μόνο λίγα λαξεύματα στο βράχο και κατάλοιπα από τα πώρινα θεμέλιά της. Το οικοδόμημα ήταν ορθογώνιο στην κάτοψη, με πρόσοψη στη βόρεια μακρά πλευρά του, ενώ ο οπίσθιος τοίχος του ακολουθούσε την πορεία του νότιου τείχους της Ακρόπολης. Εσωτερικά, κατά μήκος του μακρού άξονά του υπήρχε σειρά έξι κιόνων, που στήριζαν τη στέγη. Αργότερα, στις αρχές του 4ου αι. π.Χ. στην πρόσοψη προστέθηκε μία στοά, της οποίας το θεμέλιο στη βορειοανατολική γωνία ''πάτησε'' επάνω στις λαξευμένες βαθμίδες, που είχαν διαμορφωθεί στη νοτιοδυτική γωνία του Παρθενώνα.