卫城博物馆位于卫城东南角，于1878年完工。为了使博物馆的高度不超过卫城山上的古建筑，博物馆是挖开土层建成的。除了青铜器和希腊古瓶由国家博物馆保存外，自1834年卫城山各神庙出土的所有文物都保存在这里，包括“扛小牛的男人”、“赤足的有翼胜利女神”及四根存于氮气箱内的伊瑞克提翁神殿女像列柱等珍品。此博物馆对研究和发展古希腊雕刻艺术提供了可贵的资料。第一室有公元前七世纪时古神殿顶下的三角楣雕刻，并留有色彩的痕迹，左边绘着英雄赫尔克里士（Herakles）大战九头怪蛇修德拉的情景，是出土文物年代最久远的一个。第二室雅典古神殿西侧顶下的三角楣，是公元前六世纪的作品，左边描绘半人鱼的海神和赫尔克里士大战，右是有“蓝胡子”之称的怪物浮雕。第三室有狮子打败雄牛大快朵颐的雕刻。第四室有雅典娜女神迎接崇拜者并接受进献的情景，还有许多少女像。第五室存放雅典古神殿的雕刻，左侧有壶类的展示。第六室有公元前六世纪的雕刻作品，像“克里特的少年”、“沉思的雅典娜”、“有翼的胜利女神”等：表情柔和而有古典韵味，肌肉线条刻画得庄严有自信、流畅而不生硬。第七室也放了帕特农神殿顶部的三角楣雕刻：如普赛顿海神的部分胸像、女神坐像，希拉女神穿衣的神态、半人马怪物的胸部等。第八室展示帕特农神殿，伊瑞克提翁神殿的装饰、围绕有翼胜利女神神殿扶手壁上的浮雕、尤其以“赤足的有翼胜利女神”最令人欣赏。第九室排列四根原柱及后期雕刻品“牧神班与妖精”及“奉献雕刻”的碎片。