Ο Ναός της Παναγίας Γοργοεπηκόου, νότια του σημερινού Καθεδρικού Ναού των Αθηνών, ο πιο «αθηναϊκός» από κάθε άλλο ναό της εποχής του, όπως τον χαρακτήρισαν, μέσα στη γνήσια βυζαντινή παράδοση, είναι συνάμα τελείως μοναδικός. Αναφέρεται συχνά και ως Μικρή Μητρόπολη.
Έχει εκφραστεί η άποψη ότι ενδέχεται να είναι κτίσμα του Μιχαήλ Χωνιάτη, του τελευταίου μητροπολίτη Αθηνών (1182-1204) πριν από τη φραγκική κατάκτηση. Ο Μιχαήλ, αδελφός του Νικήτα Χωνιάτη ή Ακομινάτου, σημαντικού αξιωματούχου του βυζαντινού κράτους και ιστορικού από τις Χώνες της Φρυγίας, υπήρξε λάτρης του ένδοξου παρελθόντος της Αθήνας. Στις επιστολές του υπάρχει σημαντικό υλικό για την εποχή του ώς την κοίμησή του (1222).
Ο αρχιτέκτων του μνημείου (χρονολογείται μετά τα μέσα του 11ου) αιώνα, πάνω στα ερείπια αρχαίου ναού της Ειλείθυιας, χρησιμοποίησε με ελευθερία μάρμαρα από διάφορα αρχαία, ρωμαϊκά, παλαιοχριστιανικά και πρωτοβυζαντινά οικοδομήματα και κάπου ενενήντα ανάγλυφες πλάκες διαφόρων εποχών, συνδυάζοντας το κλασικιστικό με το βυζαντινό αρχιτεκτονικό ύφος και προσδίδοντας στην όψη του μοναδική λαμπρή και φωτεινή εντύπωση, σε ένα άνευ προηγουμένου κτίριο, που χαρακτηρίστηκε «πρωτότυπη συλλογή αρχαιοτήτων». Τα γλυπτά, με την κατάλληλη τοποθέτησή τους, σχημάτισαν ζωφόρο γύρω από τον ναό. Ανάγλυφα αετώματα κόσμησαν ψηλότερα το μνημείο. Τοιχογραφίες υπήρχαν και στη νότια εξωτερική πλευρά, που δεν διακρίνονται σήμερα, ενώ απεικονίστηκαν παλαιότερα από τον περιηγητή Gallhband. Χαρακτηριστικό είναι ότι πουθενά στο οικοδόμημα δεν χρησιμοποιήθηκε πλίνθος, εκτός από τον τρούλο.
Ο ναός κτίστηκε πάνω σε βάθρο με βαθμίδες, που δεν διακρίνονται. Οι προσχώσεις σήκωσαν την επιφάνεια του εδάφους, γεγονός που είναι φανερό σε όλους τους παλαιούς, βυζαντινούς και μεταβυζαντινούς ναούς των Αθηνών. Από αρχιτεκτονική άποψη, είναι σταυροειδής εγγεγραμμένος με τρούλο, που στηριζόταν σε τέσσερις κίονες, τους οποίους αντικατέστησαν στην επισκευή του 1833 με αντίστοιχο αριθμό πεσσών. Ο νάρθηκας είναι τριμερής. Από τα τρία μέρη του, το καμαροσκέπαστο μεσαίο είναι υπερυψωμένο ως προς τα άλλα.
Την Παναγία Γοργοεπήκοο τιμούσαν ως προστάτισσα κάθε αρρώστου. Κατά την τουρκοκρατία, και μάλιστα τον 17ο αιώνα, περιλαμβανόταν στην κατοικία του μητροπολίτη Αθηνών και ήταν γνωστή και ως «Καθολικόν». Το 1841 ή το 1839 μετατράπηκε σε βιβλιοθήκη. Το 1863 ξαναχρησιμοποιήθηκε ως ναός, αλλά τότε άσπρισαν τους τοίχους εξαφανίζοντας τις τοιχογραφίες. Εκείνη την εποχή αφιερώθηκε στον Σωτήρα Χριστό, σύντομα όμως ονομάστηκε Άγιος Ελευθέριος. Σήμερα χρησιμοποιείται ως ενοριακό παρεκκλήσιο της Μητροπόλεως Αθηνών.