La célèbre frise de Nike ajustant sa sandale est un exemple de draperie humide. La draperie humide consiste à montrer la forme du corps mais aussi à dissimuler le corps avec le drapé des vêtements. Certaines frises datent des guerres de Perse et du Péloponnèse. Les frises contiennent une scène de cavalerie de la bataille de Marathon et une victoire grecque sur les Perses à la bataille de Plataea. Les batailles représentent la domination grecque et athénienne par la puissance militaire et les événements historiques.Une statue de Nike se trouvait dans la cella, autrement appelée naos. Nike était à l’origine la déesse de la « victoire ailée » (voir la Nike ailée de Samothrace). L’absence d’ailes de la statue d’Athéna Nike a conduit les Athéniens des siècles suivants à l’appeler Apteros Nike ou victoire sans ailes, et l’histoire est née du fait que la statue a été privée d’ailes afin qu’elle ne puisse jamais quitter la ville.
Les frises de l’entablement du bâtiment étaient décorées de tous les côtés par des sculptures en relief dans le style classique idéalisé du Ve siècle avant JC. La frise nord représentait une bataille entre Grecs impliquant de la cavalerie. La frise sud montre la victoire décisive sur les Perses à la bataille de Platée. La frise est montrait une assemblée des dieux Athéna, Zeus et Poséidon, rendant les croyances religieuses athéniennes et la révérence pour les dieux liées au climat social et politique de l’Athènes du Ve siècle.
Quelque temps après l’achèvement du temple, vers 410 avant JC, un parapet a été ajouté autour de celui-ci pour empêcher les gens de tomber du bastion escarpé. L’extérieur du parapet était orné de sculptures en relief sculptées représentant Nike dans diverses activités et toutes en procession.
Les architectes Christian Hansen et Eduard Schaubert ont fouillé le temple dans les années 1830. L’édifice avait été totalement démantelé au XVIIe siècle et la pierre intégrée dans le mur turc qui entourait la colline. Une anastylose primitive a été réalisée en 1836 lorsque le temple a été reconstruit à partir des parties restantes. Une troisième restauration a été achevée en été 2010. La structure principale, le stylobate et les colonnes sont largement intacts, à l’exception du toit et de la plupart des tympans. Des fragments de la frise sculptée sont exposés au musée de l’Acropole et au British Museum ; des copies de ceux-ci sont fixées à leur place sur le temple.