Последние века существования Римской империи стали для Афин временем упадка и непрекращавшихся бед. В 267 году город захватили герулы; разрушив почти все постройки, германцы жестоко расправились с людьми, убив большую часть жителей и заставив бежать остальных. После ухода варваров Афины восстанавливались медленно и хаотично, уже без соблюдения древней циркулярной планировки. Тогда бывшая столица Аттики представляла собой печальные руины с беспорядочной застройкой к северу от Агоры. Священный Парфенон однажды уже приспосабливался под дворец, где македонец Деметрий Полиоркет принимал гостей, устраивая свои знаменитые оргии. Некоторое оживление наступило в конце IV века, когда Греция вошла в состав Византии. Новые владыки строили немного, зато памятники искусства увозили в большом количестве. Если в Риме статуи продолжали существование в императорских дворцах, то в Константинополе они просто погибали, как случилось с бесценными шедеврами Фидия: Афиной Промахос и Афиной Парфенос.
Византийские патриархи превратили античные святилища в христианские храмы. Парфенон стал вначале обителью Святой Софии, позднее получив имя Святой Афинской Богоматери. С его восточного фронтона исчезли центральные фигуры. Одновременно к Деве Марии перешел Эрехтейон, в Пропилеях расположились храмы Святой Троицы, архангелов Михаила и Гавриила, а Гефестион преобразовался в церковь Святого Георгия. Столь же кардинально были переустроены интерьеры бывших языческих храмов.
В 1205 году греческая столица невольно приобщилась к знаменитым Крестовым походам. Взяв Константинополь, крестоносцы разделили между собой захваченные земли. Афины с окрестностями достались бургундским рыцарям из рода Де ла Рош. Получив статус герцогства Афинского, они оставались таковыми более 250 лет, в течение которых городом управляла череда равнодушных правителей. Смена власти, как правило, сопровождалась боевыми действиями. Первых герцогов сменил Готье де Бриенн; свергнутый каталонскими наемниками, он уступил Афины королям Сицилии, а те в свою очередь передали их флорентийцу Нерио Аггианьоли. Следы пребывания воинственных католиков особенно заметны на Акрополе, где находились резиденции всех европейских правителей. Переделав Парфенон в собор Святой Марии Афинской, они превратили Пропилеи во дворец: надстроили второй этаж, воздвигли башню в мрачном романском стиле, совершенно закрыв античные здания. Привыкший к осадам и бомбардировкам Акрополь был надежной крепостью. Укрепления его постоянно обновлялись и дополнялись новыми бастионами, а город в бытность свою герцогством Афинским сократился до небольшого участка у северо-восточного склона Священной горы.
С падением Византии в 1453 году последние католики защищали Акрополь до тех пор, пока озлобленные долгой осадой турки не начали обстреливать крепость из пушек. В результате мощной бомбардировки погибли многие храмы и перестали существовать средневековые памятники. В то время территория холма представляла собой груду развалин, которые первые археологи ошибочно приняли за античные. Со сменой власти в Пропилеях были устроены казармы турецкого гарнизона и пороховой склад, Эрехтейон превратился в гарем турецкого наместника, а Парфенон – в мечеть с тонкой башней минарета в юго-западном углу. В 1656 году после случайного взрыва на складе главный вход Акрополя остался без наружной колоннады.
Турки частично разрушили все постройки Акрополя, полностью уничтожив храм Афины Ники. Ревностно оберегая свои владения, они запрещали «неверным» появляться в Греции, но немногим из них все же удавалось проникнуть даже на засекреченный Акрополь. В 1674 году на Священной горе побывал французский посол в Константинополе маркиз де Нуантейль, добившийся разрешения зарисовать античные памятники. Созданные тогда изображения скульптур Парфенона известны как рисунки Каррея, хотя их автором мог быть любой художник из свиты маркиза. Тем не менее беглые наброски стали единственным наглядным описанием фронтонов храма до разрушения.
Подобно всей пластике Акрополя, скульптура храма Афины Ники удивила французов безукоризненным исполнением и огорчила полуразрушенным видом: в результате многолетнего варварства все статуи остались без голов и конечностей. От первоначальных рельефов со сценами исторических и легендарных сражений также остались только фрагменты. Само здание вместе с фронтоном Парфенона перестало существовать в 1685 году, когда началась война между турками и венецианцами. Подготовка к обороне крепости потребовала строительства новых укреплений.
На месте разобранного храма Афины Ники появилась батарея, возведенная из блоков древнего мрамора.