Ο ναός της Αθηνάς Νίκης βρίσκεται στη νοτιοδυτική πλευρά του Ιερού Βράχου, στη θέση όπου στα μυκηναϊκά χρόνια υπήρχε ο πύργος του τείχους, που προστάτευε την είσοδο στην ακρόπολη. Ο κλασικός ναός κτίστηκε μεταξύ των ετών 426-421 π.Χ. σε σχέδια του αρχιτέκτονα Καλλικράτη και αποτελεί το διάδοχο πρωιμότερων ναών, επίσης αφιερωμένων στην Αθηνά Νίκη. Ο πρώτος χρονολογείται στα μέσα του 6ου αιώνα π.Χ., ήταν ξύλινος και καταστράφηκε από τους Πέρσες το 480 π.Χ. Στην ίδια περίοδο χρονολογείται και η «εσχάρα», ένας βωμός, που πιθανολογείται ότι ήταν η βάση του αρχαίου ξοάνου της θεάς. Την εποχή του Κίμωνα, γύρω στο 468 π.Χ., κτίστηκε νέος μικρός ναός, από πωρόλιθο, που περιέλαβε τη βάση του ξοάνου, καθώς και ένας νέος βωμός, έξω από το ναΐσκο. Τα θεμέλια των πρωιμότερων βωμών και ναών διασώζονται στο εσωτερικό του πύργου, κάτω από το δάπεδο του ναού της κλασικής περιόδου. Ο περιηγητής Παυσανίας (1, 22, 4) αναφέρει το ναό ως ναό της Απτέρου Νίκης, και παραθέτει την παράδοση σύμφωνα με την οποία η θεά απεικονιζόταν στο λατρευτικό της άγαλμα χωρίς φτερά για να μένει πάντα στην Αθήνα. Εκτός από τη λατρεία της Αθηνάς, στο χώρο υπήρχαν και άλλες παλαιότερες λατρείες. Ήδη από τη μυκηναϊκή εποχή, στη δυτική πλευρά του πύργου υπήρχε μικρό ιερό σε σχήμα διπλής κόγχης, ενώ πριν από την κλασική εποχή στο ανατολικό του τμήμα υπήρχαν τα ιερά των Χαρίτων και της Εκάτης Επιπυργιδίας. Η κατασκευή του κλασικού ναού της Αθηνάς Νίκης εντάσσεται στο μεγάλο οικοδομικό πρόγραμμα που συντελέσθηκε στην Ακρόπολη την εποχή του Περικλή. Σημαντικές πληροφορίες για την οικοδόμησή του μας δίνουν επιγραφικά κείμενα, κυρίως ψηφίσματα του δήμου των Αθηναίων, που αναφέρονται στο έργο αυτό.

Ο ναός που βλέπουμε σήμερα οικοδομήθηκε στην κορυφή του πύργου, που διαμορφώθηκε κατάλληλα για το λόγο αυτό. Ο παλαιός μυκηναϊκός πύργος επενδύθηκε με επιμελημένα πώρινα τοιχώματα, κτισμένα με το ισοδομικό σύστημα, που έκαναν το σχήμα του μεγαλύτερο και πιο κανονικό και κατέληγαν σε πλούσια επίστεψη. Ο ναός είναι μικρός, ιωνικού ρυθμού, αμφιπρόστυλος, με μία σειρά από τέσσερις μονολιθικούς κίονες σε κάθε στενή πλευρά. Δεν έχει πρόναο, αλλά μόνο μικρό σηκό, του οποίου οι πλαϊνοί τοίχοι καταλήγουν σε παραστάδες, που ανάμεσά τους έχουν δύο πεσσούς. Τα κενά ανάμεσα στις παραστάδες και στους πεσσούς έκλειναν με κιγκλιδώματα, όπως και τα κενά ανάμεσα στις παραστάδες και στους γωνιακούς κίονες, δίνοντας την εντύπωση μικρού προνάου. Πάνω από το επιστύλιο ο ναός φέρει ζωφόρο, που φιλοτεχνήθηκε από τον Αγοράκριτο. Στις τρεις πλευρές της απεικονίζονται σκηνές από μάχες Ελλήνων με Πέρσες και Ελλήνων οπλιτών με άλλους οπλίτες και στην ανατολική πλευρά παρουσιάζονται οι θεοί του Ολύμπου να παρακολουθούν τις μάχες αυτές. Ελάχιστα τμήματα διασώζονται από τα αετώματα. Πιθανολογείται ότι στο δυτικό απεικονιζόταν η Γιγαντομαχία και στο ανατολικό η Αμαζονομαχία. Ο βωμός βρισκόταν ανατολικά, έξω από το ναό. Το 409 π.Χ., στην παρυφή του πύργου κατασκευάσθηκε ένα μαρμάρινο θωράκιο ύψους περίπου 1 μ., για την προστασία των προσκυνητών. Το θωράκιο αυτό αποτελείται από ανάγλυφες πλάκες, στις οποίες απεικονίζονται φτερωτές Νίκες που θυσιάζουν ή οδηγούν ταύρους στη θυσία ή στολίζουν τρόπαια, καθώς και η θεά Αθηνά καθιστή να παρακολουθεί τις σκηνές αυτές. Αρκετές από τις πλάκες των θωρακίων καθώς και τμήματα της ζωφόρου μπορεί να θαυμάσει ο επισκέπτης στο Μουσείο Ακροπόλεως, ενώ άλλα τμήματα της ζωφόρου βρίσκονται στο Βρετανικό Μουσείο.

Ο ναός διατηρήθηκε για πολλούς αιώνες και τον 5ο αιώνα μ.Χ. μετατράπηκε σε εκκλησία. Την εποχή της Τουρκοκρατίας το εσωτερικό του χρησιμοποιήθηκε ως πυριτιδαποθήκη, αλλά το 1686 μ.Χ., οι Τούρκοι, για να αντιμετωπίσουν τους Βενετούς του Mοροζίνι, τον κατεδάφισαν προκειμένου να χρησιμοποιήσουν το δομικό του υλικό στο κτίσιμο του οχυρωματικού τοίχου, στην πρόσοψη των Προπυλαίων, όπου έκτισαν και έναν υψηλό πύργο, το λεγόμενο Κουλά. Η πρώτη αναστήλωση του ναού διενεργήθηκε μετά την ίδρυση του ελληνικού κράτους, το 1835, ενώ νέες αναστηλωτικές εργασίες πραγματοποιήθηκαν πριν από το Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο, το διάστημα 1935-1940. Από το 1997, στο πλαίσιο των εργασιών που διενεργεί η Υπηρεσία Αναστήλωσης Μνημείων Ακροπόλεως, ξεκίνησαν εργασίες αναστήλωσης και συντήρησης του μνημείου. Το 1994 δημοσιεύθηκε η μελέτη αποκαταστάσεως του ναού και το 1998 μεταφέρθηκε στο Μουσείο Ακροπόλεως η ζωφόρος του. Από το 2000 εκτελούνται εργασίες αναστήλωσης από την Υπηρεσία Αναστήλωσης Μνημείων Ακροπόλεως σε συνεργασία με την Α΄ Εφορεία Προϊστορικών και Κλασικών Αρχαιοτήτων, υπό την επίβλεψη της Επιτροπής Συντήρησης Μνημείων Ακροπόλεως.