L'ivoire, matériau fragile et sujet à dessiccation, était entretenu à l'aide d'une eau huilée qu'on laissait à disposition dans un bassin, au pied de la statue. La couche d'huile laissait une pellicule protectrice empêchant l'évaporation et donnant un lustre à l'ivoire[1]. De l'eau était utilisée pour asperger le pavement du temple et lutter contre un air trop sec pour la bonne conservation de la statue, essentiellement en bois[2].

Le luxe de la statue contrastait avec son intérieur rempli, comme toutes les statues chryséléphantines, par « des leviers, des coins, des clous qui traversent la machine de part en part, des chevilles, de la poix, de l'argile et d'autres choses aussi choquantes à la vue, sans parler encore d'une infinité de mouches ou de musaraignes », comme le décrit Lucien de Samosate dans Le Songe ou le coq, XXIV[3],[4].

Selon les sources en 438 av. J.-C. (dès la consécration de la statue) ou en 432 av. J.-C. (juste avant le déclenchement de la guerre du Péloponnèse), Phidias fut accusé d'avoir détourné une partie des métaux précieux utilisés pour la réalisation de la statue d'Athéna Parthénos, ce qui était en soi aussi un sacrilège puisque l'or appartenait à la déesse. Arrêté, il se serait évadé, ce qui fut interprété comme un aveu. Il aurait fui à Olympie où il réalisa la statue chryséléphantine de Zeus et où il mourut. Pour les historiens, Phidias aurait alors été un moyen pour les adversaires politiques de Périclès d'attaquer l'archonte[5],[4]. Plus tard, entre 300 et 295 av. J.-C., le tyran Lacharès aurait fait enlever les plaques d'or pour payer ses troupes. Cependant, la véracité de ce geste est difficile à établir. Si Lacharès avait pris l'or de façon définitive, il commettait un sacrilège. Si son geste était un simple « emprunt » à Athéna, la règle était de rembourser avec intérêts, difficile si à la base le seul moyen d'obtenir des fonds était de dépouiller la déesse[3],[4].

Le Parthénon fut ravagé par un incendie à une date mal déterminée durant l'Antiquité tardive, causant de graves dégâts. Le toit s’effondra. Les colonnes doriques du naos furent remplacées par des colonnes provenant de stoas hellénistiques de l'agora romaine[6]. La statue fut endommagée mais restaurée. Elle aurait été transportée à Constantinople avec la statue chryséléphantine de Zeus d'Olympie où elle pourrait avoir encore été au Xe siècle[3],[7]. Une autre hypothèse s'appuie sur la présence de traces d'une seconde base. La statue d'Athéna Parthénos aurait pu alors être remplacée, sans qu'on dispose de plus de détails[8]. Jusqu'à l'édit de Théodose en 380, le Parthénon conserva son rôle religieux « païen ». Il semble avoir connu ensuite une période plus ou moins longue d'abandon. Quelque part entre le VIe siècle et le VIIe siècle, le bâtiment fut transformé en église. Les sources n'évoquent pas la statue à ce moment-là[9]. Il n'est donc pas possible de savoir si elle avait été détruite ou transportée à Constantinople.