Храм был разрушен во время персидского нашествия, возможно, еще до завершения строительства. На его месте между 444 и 440 гг. до н.э. на известняковом основании архаического храма из мрамора был возведен мраморный храм дорического ордера, окруженный колоннами (6х13 колонн, 31.1х13.5 м). Площадка вокруг была выровнена с использованием материалов, оставшихся от стен прежнего здания. Из 34 колонн 15 к настоящему времени восстановлены, одна из колонн хранится в Британском музее. Их высота составляет 6.1 м, а диаметр – 1 м у основания и 79 см у вершины. Внутренняя колоннада и стены целлы почти не сохранились. Внутри целлы стояла шестиметровая бронзовая статуя Посейдона. Предположительно она была покрыта золотыми пластинами. Ее прототипом считают статую, найденную в море вблизи мыса Артемиссион.
Крыша храма была украшена традиционными антефиксами в виде пальмовых листьев. Фронтон декорировался скульптурами, из которых сохранилась лишь одна безголовая фигура сидящей женщины. Над целлой и над птероном (внешней колоннадой) размещался фриз со сценами из кентавромахии (битва лапифов и кентавров) и гигантомахии (битва олимпийских богов и титанов), а также сценами из подвигов Тесея. Части фриза выставлены в музее Лавриона, но большая часть хранится в Национальном Археологическом музее Афин. К сожалению, фриз дошел до нашего времени в очень плохом состоянии и фигуры на нем едва различимы.
Считается, что храм Посейдона на мысе Суний имел много общего с храмом Гефеста и Ареса на афинском Акрополе и храмом Немезиды в Рамнунте, а потому все эти сооружения являются творением одного и того же архитектора.
В святилища можно было войти только через монументальные пропилеи, находившиеся в северо-восточной стене. Они были построены из известняка и мрамора и имели размер 13.4х9.3 м. Конструкция пропилей предполагала по две колонны с каждой из коротких открытых сторон и по две колонны в центральной части, что создавало тройной вход. Боковые проходы имели ширину чуть более метра и были предназначены для пеших путников, а центральная часть с наклонным полом была шириной 2.2 м и предназначалась для повозок. Небольшое помещение, расположенное между пропилеями и стоей, могло служить будкой для охраны.
Сразу к западу от пропилей были
При постройке крепости периода Пелопоннесской войны (413 г. до н.э.) она имела 14 оборонительных башен. Стена на севере заканчивалась самой крупной башней укрепления, а с южной стороны – бастионом, примыкающим к святилищу. Между 10 и 11 башнями находился вход в крепость. Скорее всего, ранее входы были по сторонам 2 башни, и они были заложены в ходе постройки бастиона. На севере к крепостной стене примыкал причал-элинг.
Стена представляла собой две каменные выкладки, пространство между которыми было заполнено камнями и землей. Ширина стены была 2-3.5 м. Вход на стену осуществлялся через лестницы на 4 и 5 башнях. К башне 7 был пристроен маленький храм, назначение которого теперь уже не установить.
Стена святилища, пропилеи и обе стои были построены одновременно со вторым храм Посейдона.
В пределах крепостной стены находилось поселение, которое существовало с незапамятных времен, а потому здания многократно перестраивались и не имели определенной принадлежности к какому-либо периоду. Последние перестройки, вероятно, относятся к 3–2 вв. до н.э. В 1907 г. раскопана лишь центральная часть поселения – улица 3-3.5 м шириной и длиной около 100 м, а также поперечные проулки шириной 2-3 м, которые создавали кварталы размерами 30х30 м, куда входило по четыре дома, что вполне соответствует современной планировке небольших греческих городков.