Το άγαλμα της Αθηνάς που ήταν στημένο στον σηκό του Παρθενώνα ήταν έργο του Φειδία, του πιο διάσημου καλλιτέχνη της αρχαίας Ελλάδας. Το συνολικό του ύψος (μαζί με το βάθρο) ήταν 26 Αττικοί πήχεις (περίπου 11,70 m) και είχε γίνει με χρυσάφι και ελεφαντόδοντο.
Τα αγάλματα αυτού του είδους τα ονομάζουμε χρυσελεφάντινα. Στην πραγματικότητα τα χρυσελεφάντινα αγάλματα ήταν πολύπλοκες ξύλινες κατασκευές που στερεώνονταν στο δάπεδο και επενδύονταν εξωτερικά με τα δύο πολύτιμα υλικά, στα οποία όφειλαν τη λαμπρότητα τους: το ελεφαντόδοντο, του οποίου το χρώμα πλησιάζει αρκετά εκείνο της ανθρώπινης επιδερμίδας, χρησιμοποιούνταν στα γυμνά μέρη και το χρυσάφι, δουλεμένο σε λεπτά φύλλα, στα ενδύματα.
Η Αθηνά εικονιζόταν όρθια, φορούσε ποδήρη πέπλο που σχημάτιζε μακρύ απόπτυγμα και ήταν ζωσμένη στη μέση, αιγίδα στο στήθος και τους ώμους, κράνος αττικού τύπου στο κεφάλι, και σανδάλια στα πόδια· στο προτεταμένο δεξί χέρι κρατούσε μια φτερωτή Νίκη και με το αριστερό ακουμπούσε σε μιαν ασπίδα, στην εσωτερική πλευρά της οποίας ήταν τυλιγμένο ένα φίδι. Το άγαλμα πατούσε επάνω σε ένα βάθρο με ύψος 1,20 m περίπου, στο οποίο υπήρχε μια πολυπρόσωπη ανάγλυφη παράσταση που εικόνιζε τη γέννηση της Πανδώρας, της πρώτης γυναίκας που δημιούργησαν οι θεοί, σύμφωνα με τον μύθο.
Αλλά και το ίδιο το άγαλμα είχε πλούσιο γλυπτό και ζωγραφικό διάκοσμο: το κεντρικό λοφίο του κράνους στηριζόταν σε μια σφίγγα και τα πλαϊνά σε δύο γρύπες· στο κέντρο της αιγίδας, επάνω στο στήθος, υπήρχε ένα γοργόνειο (το κεφάλι της Γοργούς που είχε κόψει ο Περσέας)· μεγάλες ανάγλυφες μορφές στην εξωτερική πλευρά της ασπίδας εικόνιζαν την αττική Αμαζονομαχία και άλλες, μικρότερες, στις σόλες των σανδαλιών τη θεσσαλική Κενταυρομαχία. Στο εσωτερικό της ασπίδας ήταν ζωγραφισμένη η Γιγαντομαχία.
Το άγαλμα της Αθηνάς εντυπωσίαζε με το μέγεθός του, την πολυτέλεια των υλικών και τον πλούτο του διακόσμου του· ήταν όμως ταυτόχρονα και μέρος του κρατικού ταμείου της Αθήνας, αφού τα φύλλα χρυσού με τα οποία ήταν επενδυμένο μπορούσαν να αφαιρεθούν και να χρησιμοποιηθούν σε περίπτωση μεγάλης ανάγκης. Αυτό το γνωρίζουμε από τον Θουκυδίδη, ο οποίος αναφέρει πως ο Περικλής έπειθε τους Αθηναίους στις παραμονές του Πελοποννησιακού Πολέμου ότι είχαν αρκετούς οικονομικούς πόρους για να διεξαγάγουν τον πόλεμο, λέγοντας ότι μπορούσαν στην ανάγκη να χρησιμοποιήσουν και την περιουσία των ιερών. Με την ευκαιρία αυτή μαθαίνουμε και το βάρος του χρυσού του αγάλματος (Θουκυδίδης 2.13.5):
«Εκτός από αυτά υπήρχαν και χρυσάφι και ασήμι άκοπο σε αφιερώματα ιδιωτικά και δημόσια, σε ιερά σκεύη που χρησιμοποιούσαν στις πομπές και στους αγώνες, τα λάφυρα από τα μηδικά και άλλα αντικείμενα, που η αξία τους ήταν πεντακόσια τουλάχιστον τάλαντα. Πρόσθεσε σε όλα αυτά και όσα είχαν οι άλλοι ναοί —και δεν ήταν λίγοι— και είπε ότι, αν έφταναν στο έσχατο σημείο να μην έχουν κανέναν πόρο, θα είχαν ακόμα και το χρυσάφι του αγάλματος της Αθηνάς. Υπολόγιζε ότι το άγαλμα είχε καθαρό χρυσό σαράντα τάλαντα, που μπορούσε όλος να αφαιρεθεί. Είπε πως, αν χρησιμοποιούσαν το χρυσάφι αυτό, θα έπρεπε μετά τη νίκη να το αντικαταστήσουν. Έτσι τους ενθάρρυνε για τα οικονομικά.»
Ανεξάρτητα όμως από την αξία των υλικών του, το χρυσελεφάντινο άγαλμα της Αθηνάς ήταν ένα εξαιρετικό έργο τέχνης, που εδραίωσε τη φήμη του δημιουργού του, του Φειδία.
Τη μορφή του αγάλματος της Αθηνάς στον Παρθενώνα τη γνωρίζουμε κυρίως από μαρμάρινα αντίγραφα, τα οποία όμως δεν αποδίδουν με απόλυτη ακρίβεια τα χαρακτηριστικά του. Κανένα από τα έργα αυτά δεν έχει το μέγεθος του πρωτοτύπου, ορισμένα μάλιστα είναι πολύ μικρά. Παρ᾽ όλα αυτά έχουμε τη δυνατότητα να αναπαραστήσουμε με αρκετή ακρίβεια το έργο με τη βοήθεια των στοιχείων που μας παρέχουν τα αντίγραφα.
Το πληρέστερα σωζόμενο από αυτά είναι ένα μαρμάρινο άγαλμα του 3ου αιώνα μ.Χ. που βρέθηκε στην Αθήνα κατά την εκσκαφή των θεμελίων του Βαρβακείου μεγάρου και ονομάζεται γι᾽ αυτό Αθηνά του Βαρβακείου. Παρά το μικρό της μέγεθος (έχει ύψος 1,05 m, δηλαδή λιγότερο από το 1/10 του πρωτοτύπου) η Αθηνά του Βαρβακείου μάς δίνει μια συνολική εικόνα του αγάλματος του Φειδία, ενώ άλλα αντίγραφα μας βοηθούν να αποκαταστήσουμε τον πλούσιο διάκοσμό του. Με αρκετά μεγάλη ακρίβεια γνωρίζουμε τη σύνθεση της Αμαζονομαχίας στο εξωτερικό της ασπίδας, επειδή στα ρωμαϊκά χρόνια αντιγράφηκε τμηματικά σε μεγάλου μεγέθους μαρμάρινα ανάγλυφα.
Η χρυσελεφάντινη Αθηνά του Παρθενώνα άρχισε να κατασκευάζεται ταυτόχρονα με τον ναό και ήταν έτοιμη το 437 π.Χ. Αμέσως μετά την αποπεράτωσή της κάποιοι (πιθανόν πολιτικοί αντίπαλοι του Περικλή) κατηγόρησαν τον Φειδία ότι δεν είχε δώσει ακριβή απολογισμό για το ελεφαντόδοντο που χρησιμοποίησε, κατακράτησε δηλαδή ένα μέρος του, και ήταν επομένως ένοχος για κατάχρηση. Στη δίκη που ακολούθησε ο Φειδίας κινδύνευε να καταδικαστεί και έτσι αναγκάστηκε να φύγει από την Αθήνα.
Τότε οι Ηλείοι ανάθεσαν στον διάσημο καλλιτέχνη την κατασκευή ενός μνημειακού χρυσελεφάντινου αγάλματος του Δία για τον ναό της Ολυμπίας που είχε τελειώσει 20 χρόνια νωρίτερα, το 456 π.Χ. Το άγαλμα του Δία στην Ολυμπία είχε περίπου το ίδιο ύψος με την Αθηνά του Παρθενώνα (12,40 m μαζί με τη βάση του), ήταν όμως στην πραγματικότητα μεγαλύτερο, αφού ο θεός δεν εικονιζόταν όρθιος αλλά καθιστός στον πολυτελή θρόνο του· θεωρούνταν ένα από τα επτά θαύματα του αρχαίου κόσμου και πολλοί έρχονταν από μακριά για να το θαυμάσουν.
Για να κατασκευάσει το έργο αυτό ο Φειδίας έχτισε λίγο έξω από τον περίβολο του ιερού ένα εργαστήριο, που είχε την ίδια διαμόρφωση και τις ίδιες ακριβώς διαστάσεις με τον σηκό του ναού· εκεί δούλεψε και συναρμολόγησε τα κομμάτια του αγάλματος. Το εργαστήριο του Φειδία έμεινε όρθιο ως το τέλος της Αρχαιότητας και θεωρούνταν ιερός χώρος, αφού μέσα του είχαν τοποθετήσει έναν βωμό αφιερωμένο σε όλους τους θεούς· μετά την επικράτηση του χριστιανισμού στη θέση του χτίστηκε μια παλαιοχριστιανική βασιλική.
