Πρόκειται για τον παλαιότερο ναό της Ακρόπολης, στις αρχαίες πηγές συναντάται ως «αρχαίος νεώς» και ήταν αφιερωμένος στην Αθηνά Πολιάδα. Βρίσκεται στα νότια του Ερεχθείου και στα βόρεια του Παρθενώνα. Σύμφωνα με την επικρατέστερη θεωρία, υποδομήθηκε στο γ’ τέταρτο του 6ου αι. π.Χ., στη θέση πρωιμότερου ναού των γεωμετρικών χρόνων και στη θέση ενός ακόμη παλαιότερου μυκηναϊκού ανακτόρου. Το 480 π.Χ. πυρπολήθηκε κατά τη διάρκεια της επιδρομής των Περσών, αλλά επισκευάστηκε πολύ σύντομα, ενώ μέρος της ανωδομής του ενσωματώθηκε στα τείχη της Ακρόπολης. Καταστράφηκε και πάλι το 406 π.Χ., όταν είχαν ολοκληρωθεί οι εργασίες κατασκευής του Ερεχθείου και δεν επισκευάστηκε ποτέ ξανά. Στα ανατολικά του αρχαίου ναού, ορισμένα λαξεύματα στον βράχο υποδηλώνουν τη θέση του βωμού της Αθηνάς, που ήταν σε χρήση παράλληλα με τον ναό.
Ο αρχαίος ναός ήταν δωρικός, περίπτερος με 6 κίονες στις στενές πλευρές και 12 στις μακρές. Η εσωτερική του διαρρύθμιση ήταν αρκετά ιδιόρρυθμη. Το ανατολικό τμήμα του αποτελούνταν από πρόναο, δίστυλο εν παραστάσι, και σηκό με δύο κιονοστοιχίες που τον χώριζαν σε τρία κλίτη. Στον ναό φυλασσόταν το ξύλινο λατρευτικό άγαλμα (ξόανο) της θεάς Αθηνάς. Στο δυτικό τμήμα υπήρχαν τρία δωμάτια αφιερωμένα σε διαφορετικές λατρείες: του Ποσειδώνα-Ερεχθέα, του Ήφαιστου και του Βούτη. Στον ναό αυτόν αποδίδονται τα μαρμάρινα αετώματα τα οποία απεικονίζουν τη Γιγαντομαχία, που εκτίθενται στο Μουσείο Ακροπόλεως, καθώς και η σίμη που κατέληγε σε λεοντοκεφαλές και κριοκεφαλές. Από το ίδιο, παριανό μάρμαρο ήταν ακόμη οι μετόπες, τα γείσα και τα κεραμίδια της στέγης, ενώ ο υπόλοιπος ναός ήταν κατασκευασμένος από ασβεστόλιθο.
Ο ναός αποκαλύφθηκε το 1885 και ο W. Dorpfeld ήταν ο πρώτος που αναγνώρισε το μνημείο. Σήμερα διασώζονται μόνο τα θεμέλιά του κατά μήκος της νότιας πλευράς του Ερεχθείου, ενώ στον χώρο είναι ορατές και δύο λίθινες βάσεις κιόνων από τον ναό των γεωμετρικών χρόνων.