Der berühmte Fries von Nike, die ihre Sandale zurechtrückt, ist ein Beispiel für Nassdraperie. Bei der nassen Draperie wird die Form des Körpers gezeigt, aber auch der Körper durch den Faltenwurf der Kleidung verdeckt. Einige Friese stammen aus den persischen und peloponnesischen Kriegen. Die Friese enthalten eine Reiterszene aus der Schlacht von Marathon und einen griechischen Sieg über die Perser in der Schlacht von Plataea. Die Schlachten stellen die griechische und athenische Vorherrschaft durch militärische Macht und historische Ereignisse dar, und in der Cella, die auch als Naos bezeichnet wird, stand eine Statue der Nike. Nike war ursprünglich die „geflügelte Siegesgöttin“ (siehe die geflügelte Nike von Samothrake). Da die Statue der Athena Nike keine Flügel hatte, nannten die Athener sie in späteren Jahrhunderten Apteros Nike oder flügelloser Sieg, und es entstand die Geschichte, dass die Statue der Flügel beraubt wurde, damit sie die Stadt nicht verlassen konnte.
Die Friese des Gebälks des Gebäudes waren auf allen Seiten mit Reliefs im idealisierten klassischen Stil des 5. Jh. v. Chr. Der Nordfries stellte eine Schlacht zwischen Griechen dar, an der die Kavallerie beteiligt war. Der Südfries zeigt den entscheidenden Sieg über die Perser in der Schlacht von Plataea. Der Ostfries zeigt eine Versammlung der Götter Athene, Zeus und Poseidon und verdeutlicht die religiösen Vorstellungen der Athener und die Verehrung der Götter, die mit dem sozialen und politischen Klima des 5. Die Außenseite der Brüstung war mit geschnitzten Reliefs geschmückt, die Nike bei verschiedenen Tätigkeiten und in einer Prozession zeigten.
Die Architekten Christian Hansen und Eduard Schaubert gruben den Tempel in den 1830er Jahren aus. Das Gebäude war im 17. Jahrhundert vollständig abgetragen und die Steine in die türkische Mauer eingebaut worden, die den Hügel umgab. Eine primitive Anastylose wurde 1836 durchgeführt, als der Tempel aus den verbliebenen Teilen wieder aufgebaut wurde. Eine dritte Restaurierung wurde im Sommer 2010 abgeschlossen. Die Hauptstruktur, das Stylobat und die Säulen sind weitgehend intakt, abzüglich des Daches und des größten Teils der Tympanae. Fragmente des Skulpturenfrieses sind im Akropolismuseum und im Britischen Museum ausgestellt; Kopien davon sind an ihrem Platz am Tempel angebracht.