Ο ναός πιθανολογείται ότι έχει κτισθεί
πάνω στα ερείπια ενός αρχαίου ναού, που ήταν αφιερωμένος στη Θεά του
τοκετού Ειλειθυία. Η έλλειψη γραπτών πηγών και η απουσία
πλινθοπερίκλειστου τρόπου δομήσεως έχουν δημιουργήσει έριδες μεταξύ των
ειδικών για την ακριβή χρονολόγησή του. Πιο πιθανή πάντως θεωρείται η
ανέγερσή του στα τέλη του 12ο αιώνα μ.Χ.
Οι τοίχοι του ναού είναι εξ ολοκλήρου κατασκευασμένοι από μεγάλους
μαρμάρινους ακόσμητους λίθους και ανάγλυφα, που προέρχονται από αρχαία
ελληνικά, ρωμαϊκά και πρώιμα Βυζαντινά μνημεία, ενώ δεν έχουν
χρησιμοποιηθεί πουθενά πλίνθοι. Ως το ύψος των παραθύρων, είναι
επενδεδυμένοι με ακόσμητες μαρμάρινες πλάκες ενώ τα ενενήντα συνολικά
ανάγλυφα, έχουν τοποθετηθεί στο ανώτερο τμήμα των τοίχων, δημιουργώντας
ένα μοναδικό για βυζαντινή εκκλησία διακομητικό αποτέλεσμα. Ο τρούλλος
είναι το μόνο μέρος του ναού, οικοδομημένο με την τυπική
πλινθοπερίκλειστη τοιχοδομία.
Κατά την βυζαντινή εποχή δεν υπήρχαν οργανωμένα
νεκροταφεία στην Αθήνα. Οι κάτοικοι της εποχής συνήθιζαν να ενταφιάζουν
τους κεκοιμημένους τους στα προαύλια των ενοριών τους. Ο συγκεκριμένος
ναός δεν αποτέλεσε εξαίρεση, με αποτέλεσμα πολλές ταφόπλακες (κάποιες εξ
αυτών της γνωστής Αθηναϊκής οικογενείας των Μπενιζέλων και δη της Αγίας Φιλοθέης)
να έχουν βρεθεί στο προαύλιο χώρο του ναού. Οι ταφόπλακες αυτές
απομακρύνθηκαν οριστικά από το χώρο στα τέλη του 19ου αιώνος μ.Χ..