Η Αθηναϊκή Φραγκοκρατία φτάνει στο τέλος της το 1458 μ.Χ., με την παράδοση του Δουκάτου των Αθηνών στους Οθωμανούς. Η Ακρόπολη μετατρέπεται σε κάστρο της τουρκικής φρουράς και ο Παρθενώνας – που ήταν τότε ναός της Παναγιάς – γίνεται τζαμί και αργότερα πυριτιδαποθήκη, όπως και πριν από αυτόν τα Προπύλαια. Επίσης, το Ερέχθειο χρησιμοποιείται για τη στέγαση του χαρεμιού.
Ανεπανόρθωτες ζημιές προκαλούνται στην πόλη κατά τη διάρκεια της πολιορκίας της από τους Ενετούς, στο πλαίσιο του 6ου Βενετοτουρκικού πολέμου, το Σεπτέμβριο του 1687, τόσο στις εκκλησίες, όσο και στα αρχαία μνημεία της πόλης. Η μεγαλύτερη από αυτές είναι όταν ο στρατηγός του Ενετικού στρατού Μοροζίνι στρέφει τα κανόνια του προς την Ακρόπολη και μια οβίδα του ανατινάζει την πυριτιδαποθήκη που βρισκόταν στο εσωτερικό του. Ο έως τότε δομικά σχεδόν ανέπαφος από φυσικές καταστροφές και κατακτήσεις ναός καταστρέφεται σε ένα μεγάλο μέρος του και λίγο αργότερα οι Τούρκοι χτίζουν μέσα στον σηκό ένα νέο μικρό τζαμί.
Η Ακρόπολη αποτελεί σκηνικό συγκρούσεων και κατά την περίοδο της Ελληνικής Επανάστασης, γεγονός που προκαλεί επιπλέον ζημιές στα μνημεία. Παράλληλα, το αυξανόμενο ενδιαφέρον των Ευρωπαίων για τον κλασικό ελληνικό πολιτισμό έχει ως συνέπεια τις αλλεπάλληλες λεηλασίες αρχαιοτήτων. Αποκορύφωμα αυτών, ο Τόμας Μπρους, 7ος Κόμης του Έλγιν (γνωστός και ως Λόρδος Έλγιν), ο οποίος, επικαλούμενος ένα αόριστο φιρμάνι από τον Σουλτάνο και προσφέροντας αρκετά τουρκικά «πεσκέσια», καταφέρνει να αποσπάσει έναν μεγάλο αριθμό από τα γλυπτά των αετωμάτων, μετόπες και τμήματα της ζωφόρου του Παρθενώνα, μια Καρυάτιδα και έναν κίονα του Ερεχθείου, καθώς και πολλά τμήματα της ζωφόρου του ναού της Αθηνάς Νίκης. Σήμερα, οι αρχαιότητες αυτές βρίσκονται στο Βρετανικό Μουσείο.
Τα μνημεία της Οθωμανικής περιόδου της πόλης που διατηρούνται σήμερα είναι ελάχιστα. Μεταξύ αυτών το Φετιχιέ Τζαμί μέσα στη Ρωμαϊκή Αγορά, η οικία Τσώρτς στην Πλάκα, η οποία στέγαζε αστυνομικό φυλάκιο των Τούρκων και η οικία Μπενιζέλων, πάλι στην Πλάκα, που αποτελεί το τελευταίο σωζόμενο κονάκι στην Αθήνα κι ένα από τα σημαντικότερα δείγματα αρχοντικού των οθωμανικών χρόνων. Επίσης, σε πείσμα των καιρών και της κατεδάφισης του υπόλοιπου κτηρίου, μια μόνο είσοδος μαρτυρά σήμερα την ύπαρξη του Μεντρεσέ των Αθηνών, ισλαμικού ιεροσπουδαστηρίου που χτίστηκε τον 17ο αιώνα, στα βόρεια του Ωρολογίου του Κυρρήστου (Αέρηδες). Μάλιστα, στα κλαδιά του αιωνόβιου πλατάνου στην αυλή του κτηρίου γίνονταν απαγχονισμοί των καταδίκων στην εποχή του Όθωνα.
