Ήδη στον 6ο π.Χ. αιώνα υπήρχε ναός, επάνω στον οποίον κτίστηκε τον 5ο αι. ο δωρικός ναός της θεάς και συγχρόνως μ' αυτόν ο τοίχος που περιέβαλλε το ιερό. Κατά τα τέλη του 5ου αι. (περί το 420 π.Χ.) το ιερό της Αρτέμιδος επεκτείνεται σημαντικά με την οικοδόμηση μιας μεγάλης στοάς με καμπτόμενα σκέλη σε σχήμα Π, η οποία δημιουργεί έτσι μια κεντρική αυλή του ιερού. Η στοά στο βόρειο και δυτικό σκέλος της είχε δωμάτια (6 στο βόρειο και 3 στο δυτικό). Πέρα από τα βόρεια δωμάτια υπήρχε ένας μεγάλος ενιαίος χώρος, που χρησίμευε πιθανότατα για την τοποθέτηση αφιερωμάτων. Τα δωμάτια φαίνεται ότι χρησίμευαν είτε για τη διαμονή των προσκυνητών είτε πιθανότατα των μικρών που ήταν αφιερωμένα στη θεά και ονομάζονταν «άρκτοι». Πολυάριθμα χαριτωμένα αγάλματα παιδιών 5-10 χρόνων καθώς και ανάγλυφα που βρέθηκαν στον βόρειο αυτό χώρο και που χρονολογούνται στον 4ο π.Χ. αι. δείχνουν ότι ήταν ζωντανή η παράδοση ν' αφιερώνονται στη θεά «παίδες» που ονομάζονται «άρκτοι». Η παράδοση αναφέρει ότι αυτό γινόταν για να εξιλεώσουν τηθεά, επειδή της είχαν κάποτε σκοτώσει μια «ιερά άρκτο». Δυτικά της αυλής σώζεται μια μικρή, καλά διατηρημένη, γέφυρα.

  Η Άρτεμις Βραυρωνία ήταν η θεά που προστάτευε τις επίτοκες και τις λεχώνες. Στην υπηρεσία της ήταν μικρές Αθηναίες, οι λεγόμενες άρκτοι. Το κύριο ιερό της βρισκόταν στη Βραυρώνα της Αττικής. Το ιερό της Ακρόπολης ιδρύθηκε στα χρόνια του τυράννου Πεισιστράτου, ο οποίος καταγόταν από τη Βραυρώνα. Στο εσωτερικό του ιερού φυλασσόταν το ξύλινο άγαλμα (ξόανο) της θεάς, αντίστοιχο με εκείνο που υπήρχε στο ιερό της Βραυρώνας. Σύμφωνα με τον Παυσανία τον 4ο αι. π.Χ. προστέθηκε στο ιερό ένα δεύτερο άγαλμα, έργο του γλύπτη Πραξιτέλη. Η κολοσσική κεφαλή αυτού του αγάλματος εκτίθεται στο Μουσείο