De beroemde fries van Nike die haar sandaal verstelt is een voorbeeld van Natte draperie. Natte draperie houdt in dat de vorm van het lichaam wordt getoond, maar ook dat het lichaam wordt verhuld met de draperie van de kleding. Sommige friezen zijn afkomstig uit de Perzische en Peloponnesische oorlogen. De friezen bevatten een ruiterscène uit de slag bij Marathon en een Griekse overwinning op de Perzen bij de slag bij Plataea. De veldslagen vertegenwoordigen de Griekse en Atheense dominantie door middel van militaire macht en historische gebeurtenissen. Een beeld van Nike stond in de cella, ook wel een naos genoemd. Nike was oorspronkelijk de “gevleugelde overwinning” godin (zie de gevleugelde Nike van Samothrace). Omdat het beeld van Athena Nike geen vleugels had, noemden de Atheners het in latere eeuwen Apteros Nike of vleugelloze overwinning, en het verhaal deed de ronde dat het beeld vleugels was ontnomen zodat het de stad nooit zou kunnen verlaten.
De friezen van het hoofdgestel van het gebouw waren aan alle zijden versierd met reliëfbeeldhouwwerk in de geïdealiseerde klassieke stijl van de 5e eeuw v. Chr. Het noordelijke fries beeldde een gevecht uit tussen Grieken waarbij ruiters betrokken waren. Het zuidelijke fries toonde de beslissende overwinning op de Perzen bij de slag van Plataea. Het oostelijke fries toonde een bijeenkomst van de goden Athena, Zeus en Poseidon, waarmee het Atheense geloof en de verering voor de goden werden verweven met het sociale en politieke klimaat van het Athene van de 5e eeuw.
Enige tijd nadat de tempel voltooid was, rond 410 v. Chr., werd er een borstwering omheen gebouwd om te voorkomen dat mensen van het steile bastion zouden vallen. De buitenkant van de borstwering was versierd met gebeeldhouwde reliëfbeelden waarop Nike te zien was bij allerlei activiteiten en allemaal in processie.
Architecten Christian Hansen en Eduard Schaubert groeven de tempel in de jaren 1830 op. Het gebouw was in de 17e eeuw volledig ontmanteld en de stenen waren ingemetseld in de Turkse muur die de heuvel omringde. Een primitieve anastylosis werd uitgevoerd in 1836 toen de tempel opnieuw werd opgebouwd uit overgebleven delen. Een derde restauratie werd voltooid in de zomer van 2010. De hoofdstructuur, de stylobate en de zuilen zijn grotendeels intact, met uitzondering van het dak en het grootste deel van de tympanae. Fragmenten van het gebeeldhouwde fries zijn tentoongesteld in het Akropolis Museum en het British Museum; kopieën hiervan zijn op hun plaats in de tempel bevestigd.