Τα περισσότερα από τα κτίσματα που υπήρχαν στο ιερό της Βραυρώνας τα γνωρίζουμε από μία επιγραφή - ψήφισμα που χρονολογείται στα μέσα του 3ου αι. π.Χ. Η επιγραφή είναι πολύ σημαντική για την τοπογραφία του ιερού γιατί αναφέρεται σε επισκευές οικοδομημάτων. Τα οικοδομήματα αυτά είναι: ο νεώς (ναός), ο παρθενών, οι οίκοι, το αμφιπολείον "εν ω διαιτώνται" και τα υπερώα πάνω απ' αυτό, το γυμνάσιον, η παλαίστρα και οι ιππώνες. Τα κτήρια αυτά εκτός από το ναό της Αρτέμιδας και τον παρθενώνα, που πρέπει να ήταν η μεγάλη στοά χαμηλά στα βόρεια του ναού, δεν έχουν ακόμη βρεθεί λόγω της διακοπής των ανασκαφών. Μεταξύ των κτηρίων του ιερού τεμένους περιλαμβάνονται επίσης το μικρό ιερό, ο τάφος της Ιφιγένειας και η ιερή οικία.

Το ιερό σπήλαιο βρισκόταν στους βόρειους πρόποδες του προϊστορικού λόφου (ψηλότερα από το ναό στα νοτιοανατολικά του), δε σώζεται όμως σήμερα γιατί ο θόλος του έχει καταπέσει ήδη από την αρχαιότητα. Η Ιφιγένεια σύμφωνα με τους γνωστούς στίχους της "Ιφιγένειας εν Ταύροις" του Ευρυπίδη (στ. 1463 - 1467) ήταν κλειδούχος ιέρεια της Αρτέμιδος και λατρευόταν ιδιαίτερα ως χθόνια ηρωίδα με κέντρο λατρείας τον μυθικό τάφο της, που αναγνωρίστηκε στο εν λόγω σπήλαιο. Ο τάφος, που χαρακτηρίζεται από τις αρχαίες πηγές ως "κενήριον" είχε τη μορφή σπηλιάς με διάφορα ασαφή κτήρια στο εσωτερικό του, που χρονολογούνται γύρω στο 700 π.Χ.

Μπροστά από το δυτικό στόμιο της σπηλιάς κατασκευάστηκε στα κλασικά πιθανώς χρόνια, ένας μικρός ναός με πώρινη θεμελίωση (7.75 Χ 4.45 μ.) με είσοδο από τα δυτικά, που ταυτίστηκε με το ηρώο της Ιφιγένειας.

Στα κλασικά χρόνια, ίσως πριν το ηρώο, κατασκευάστηκε δίπλα στην ανατολική πλευρά της σπηλιάς και ένα δεύτερο μεγαρόσχημο κτίσμα. Το κτίσμα αυτό ονομάστηκε ιερή οικία και σχετίστηκε επίσης με τη χθόνια λατρεία της Ιφιγένειας.

Ο ναός της Αρτέμιδας, διαστάσεων 19.20 Χ 10.35 μέτρων, βρίσκεται στη βορειοδυτική γωνία του βράχου της ακρόπολης, θεμελιωμένος σε ψηλό κλιμακωτό, σχήματος Γ, ανάλημμα από ισχυρούς πωρόλιθους. Στη θέση του παλαιότερου ναού της εποχής του Πεισιστράτου στέκει σήμερα το εκκλησάκι του Αγίου Γεωργίου. Ο νεότερος ναός οικοδομήθηκε μετά το 480 π.Χ., περίοδο κατά την οποία το ιερό καταστράφηκε από τους Πέρσες.

Ανατολικά του ναού και προς τα βόρεια των πίθων που αποκαλύφτηκαν στο ιερό, έχει εντοπιστεί βωμός με πολλά αναθήματα, ενώ στο χώρο μεταξύ ναού Αρτέμιδας και βορείου μέρους της περιοχής της στοάς αποκαλύφτηκε τοίχος αντιστήριξης μεγάλου ανδήρου, πάνω στον οποίο υπήρχε βωμός, απ' όπου προέρχονται όστρακα και ειδώλια που χρονολογούνται από τον 7ο έως και τον 5ο αι. π.Χ.

Βόρεια του ναού της Αρτέμιδας γύρω στο 420 π.Χ. οικοδομήθηκε μεγάλο στωϊκό οικοδόμημα σχήματος Π, που κλείνει το τέμενος από τα δυτικά, βόρεια και ανατολικά. Πίσω από τη βόρεια πλευρά της στοάς και παράλληλα προς αυτήν υπήρχε ακόμη μια στοά με δύο πρόπυλα, ανατολικά και δυτικά.

Στο ιερό τέμενος οδηγούσε πιθανώς μνημειακό πρόπυλο, που ήταν σύγχρονο με το ναό της Αρτέμιδας, αλλά καταστράφηκε με την οικοδόμηση της στοάς στο τέλος του 5ου αι. π.Χ.

Ένα ακόμη αξιόλογο κτίσμα του 5ου αι. π.Χ. είναι η λίθινη γέφυρα, που κατασκευάστηκε στο χώρο του ιερού, προκειμένου να διοχετεύονται τα νερά της ιερής πηγής, καθώς και τα νερά του Ερασίνου ποταμού. Μέσω της γέφυρας μπορούσαν οι άμαξες να διέλθουν τη γεμάτη με νερά περιοχή του ιερού.

Στο ιερό εκτός από την Άρτεμη, λατρεύονταν η Ιφιγένεια, η Λητώ, ο Απόλλων και ο Διόνυσος. Τα πλούσια αναθήματα που βρέθηκαν και εκτίθενται στο Μουσείο αποδεικνύουν τη λατρεία της Αρτέμιδας ως θεάς της φύσης, κουροτρόφου, προστάτιδας των παιδιών, καθώς και των μικρών ζώων. Μια μεγαλοπρεπής πομπή ξεκινούσε κάθε 5 χρόνια από την Ακρόπολη για να γιορτάσει τα Βραυρώνια στο ιερό της θεάς, κατά τη διάρκεια των οποίων εκτός από τις θυσίες πραγματοποιούνταν αθλητικοί και μουσικοί αγώνες, καθώς και αρματοδρομίες. Σημαντική στιγμή της γιορτής ήταν η τελετή των αρκτείων. (Επρόκειτο για μια τελετή μυστηριακού χαρακτήρα, στην οποία έπαιρναν μέρος τα κορίτσια, πριν φτάσουν στην ηλικία της ήβης).