"... Là si compievano sacrifici ed attorno all'altare si spargevano gli ex voto dei primi coloni, che il suolo pianamente accoglieva e ricopriva..."
Paolo Orsi
Il complesso sacrale più importante dell'isola è quello che sorgeva proprio al centro di Ortigia, nel, punto più, elevato, dove il Duomo ne ha conservato in parte i resti. è da sempre visibile, inglobato nelle strutture della chiesa il grande tempio, dorico identificato con l'Athenaion. Scavi effettuati tra l'inizio del secolo e anni recenti nei paraggi del Duomo, del retrostante Arcivescovado, e sotto il vicino Palazzo Vermexio, sede del Municipio, rendono oggi possibile una conoscenza sufficientemente dettagliata dell'area sacra e delle sue fasi. Fin dall'inizio dell'insediamento greco una parte di questa area sembra essere stata riservata a scopi di culto.
Il primo edificio monumentale, un "tempio arcaico di stile dorico, databile nei decenni centrali del VI sec. a. C., occupò la stessa area del periptero classico ancora conservato. Se ne raccolsero alcune parti negli scavi effettuati tra il 1912 e il 1917: elementi architettonici, terrecotte, e una parte dell'altare.
Poco dopo l'inizio del V secolo, come si deduce dai dati stratigrafici quest'edificio fu demolito e sostituito con il tempio attuale, che si può attribuire con certezza al periodo dei Dinomenidi, e più probabilmente al primo di essi, Gelone.
Molte caratteristiche architettoniche e decorative accomunano l'edificio al tempio della Vittoria di Himera.
E' dunque probabile che i due templi siano stati costruiti contemporaneamente, e per la stessa occasione, da identificare con la stessa vittoria di Himera sui Cartaginesi, che tanta gloria e tante ricchezze procurò a Siracusa (un caso parallelo e quello di Agrigento) L'edificio andrà dunque datato tra il 480 e il470 a. C.
La sua identificazione con il tempio di Atena è basata sul passo di Cicerone, che lo ricorda come uno dei due più importanti edifici templari di Ortigia, insieme a quello dedicato ad Artemide; inoltre è significativo un passo di Ateneo (XI 462), secondo il quale lo scudo dorato collocato nel frontone del tempio di Atena era l'ultima cosa che si vedeva dal mare,allontanandosi da Siracusa: in effetti, ciò si addice mirabilmente alla posizione del tempio incluso nella Cattedrale, che è situato nel punto più alto dell'isola. Di questo tempio,parla lungamente Cicerone (Verrine, II 4, 124-5) esso infatti fu radicalmente saccheggiato da Verre, che tolse le decorazioni in avorio e le borchie d'oro che ornavano i battenti della porta, e' soprattutto le serie di tavole dipinte che. ricoprivano i muri della cella, raffiguranti un combattimento, di cavalleria di Agatocle, probabilmente contro i Cartaginesi, e 27 ritratti di tiranni e re di Sicilia.
È probabile che il grandioso, complesso figurativo fosse stato collocato nel tempio proprio per, ricollegare le imprese di Agatocle contro i Cartaginesi a Gelone, e alla battaglia di Himera, per la quale il tempio era stato costruito.
La galleria di ritratti veniva, a formare, in un certo modo, una serie di « antenati ideali » per un personaggio di umili natali come Agatocle che non poteva vantarsi di alcun'altra prosapia.
La scelta del tempio di Atena fu certamente determinata anche da altre considerazioni: la dea, protettrice delle arti e degli artigiani doveva essere particolarmente cara ad Agatocle, che in gioventù aveva esercitato il mestiere di vasaio. Sappiamo che nel corso della prima grande battaglia vinta contro i Cartaginesi in Africa (probabilmente rappresentata nel grande quadro esposto nel tempio, che doveva costituire una sorta di enorme ex-voto) il favore della dea si manifestò con il calare sull'esercito siracusano di alcune civette, uccello sacro ad Atena (Diodoro, XX 11, 3-4). L'utilizzazione del tempio quasi come santuario dinastico (da parte di Agatocle, ma forse anche di Gelone) rende probabile la sua collocazione nei pressi del palazzo di Ortigia, che infatti era negli immediati paraggi dell'odierna Cattedrale: ciò che costituisce un'ulteriore conferma nell'identificazione del tempio con quello di Atena.
Il tempio è contenuto, come s'è detto, nelle strutture della chiesa, che fu ricavata in esso fin dalla sua prima fase, del VII secolo (dopo una fase di trasformazione in moschea, fu riconsacrata al culto cristiano nel 1095):l'eliminazione di gran parte dei rifacimenti barocchi, e la liberazione delle strutture greche, quali oggi si possono vedere, è del 1925. Per la costruzione della chiesa si è utilizzato un procedimento semplicissimo, che si riscontra anche in casi analoghi (come il tempio detto « della Concordia » ad Agrigento): l'edificio centrale (sekós) venne trasformato nella navata centrale, ritagliando arcate nei suoi muri laterali, mentre le navate laterali risultarono dallo spazio compreso tra questi e i colonnati, i cui intercolumni furono chiusi. Per unificare lo spazio interno , si dovettero naturalmente, demolire i tramezzi tra la cella,il pronao e l'opistodomo. Inoltre, l'orientamento fu rovesciato, per la necessità di orientare ad est il coro della chiesa che occupa il posto della facciata del tempio. Si tratta di un. grande, periptero. dorico (22x55 m), con 6 colonne sui lati corti e 14 sui lati lunghi, costruito in calcare locale ma con la sima e le tegole esterne in marmo ,delle Cicladi. Le colonne presentano un diametro inferiore di 1,92 m, e un'altezza di 8,71, con un rapporto di 4,53, leggermente inferiore a quello del contemporaneo tempio di Zeus a Olimpia. L'aspetto dell'edificio è ormai del tutto canonico, sia nella pianta (con opistodomo al posto dell'arcaico àdyton e lati esterni del sekòs coincidenti con due colonne della fronte) che nell'alzato. In particolare, era risolto il conflitto angolare, con la contrazione dei due ultimi intercolumni laterali. Le colonne presentano ancora una leggera éntasi (rigonfiamento) e 20 scanalature, mentre gli echini dei capitelli sono ancora leggermente schiacciati: tutte caratteristiche che convengono perfettamente a una datazione intorno al 480-470 a. C.
