Τα Μεγάλα Προπύλαια, στα νότια της λιθόστρωτης αυλής του ελευσινιακού ιερού, αποτελούσαν την είσοδο στον ιερό χώρο. Έμπνευση και πρότυπο του οικοδομήματος ήταν τα Προπύλαια του Μνησικλή στην Ακρόπολη των Αθηνών, αλλά με αξιοσημείωτες διαφορές: τα προπύλαια της Ελευσίνας χτίστηκαν πάνω σε ενιαίο κρηπίδωμα και δεν έχουν πλευρικές πτέρυγες, ούτε κεντρικό διάδρομο. Η ποιότητα κατασκευής των προπυλαίων του Μνησικλή είναι σαφώς ανώτερη.
Τα Μεγάλα Προπύλαια είχαν βορειοανατολικό προσανατολισμό, προς την κατεύθυνση δηλαδή της Αθήνας, που διέφερε από αυτόν της αυλής. Η θεμελίωσή τους, μια βάση από σκυρόδεμα καλυμμένη με ισόδομη λιθοδομή, ανύψωνε το οικοδόμημα 170 εκατοστά πάνω από την αυλή. Το υπόλοιπο κτήριο ήταν φτιαγμένο από πεντελικό μάρμαρο. Tο συγκρότημα περιελάμβανε έναν τοίχο με πέντε εισόδους και δύο πρόπυλα, ένα εσωτερικό και ένα εξωτερικό, το καθένα με έξι δωρικούς κίονες. Μόνο ο πρώτος σπόνδυλος του δυτικού κίονα του εσωτερικού προπύλου έχει διασωθεί. Η εξωτερική πρόσοψη έχει διατηρηθεί καλύτερα, και το πρόπυλο διατηρεί θριγκό με απλά επιστύλια, ζωφόρο με τρίγλυφα και μετόπες και αέτωμα με προτομή Ρωμαίου αυτοκράτορα. Η εκτεταμένη ζημιά στο πρόσωπο του αγάλματος καθιστά δύσκολη την ακριβή ταύτισή του, όμως ένα χαρακτηριστικό στον θώρακά του υποδηλώνει ότι μπορεί να είναι ο Μάρκος Αυρήλιος. Το συγκεκριμένο χαρακτηριστικό, ένα γοργόνειο, συμβολίζει τη νίκη του αυτοκράτορα ενάντια στους Μαρκομάνους το 172/173 μ.Χ. Η εικονογραφία σκόπιμα ανακαλεί έναν παραλληλισμό μεταξύ του Μάρκου Αυρηλίου και του θεού Δία που τιμώνται αμφότεροι για τις νίκες τους – ο αυτοκράτορας επί των Μαρκομάνων και ο Δίας επί των Γιγάντων.
Η είσοδος γινόταν μέσω μιας κλίμακας με έξι σκαλοπάτια, από τα οποία το χαμηλότερο στην ανατολική πλευρά σταματά στον χώρο του Καλλίχορου φρέατος. Εκεί, κατασκευάστηκε μία είσοδος που οδηγούσε στο πηγάδι μέσω μιας ξύλινης σκάλας. Ενδιαφέροντα είναι τα χαράγματα ή γκράφιτι στα σκαλοπάτια που αποκαλύπτουν τις αγαπημένες δραστηριότητες των προσκυνητών καθώς περίμεναν να μπουν στο ιερό: πρόκειται για επιδαπέδια παιχνίδια με τα οποία θα πέρναγαν την ώρα τους οι πιστοί.
Μόνο τα κατώφλια από τον τοίχο με τις πέντε εισόδους έχουν διασωθεί. Η αριστερή πύλη εμφανίζει τη μεγαλύτερη φθορά, και κατά πάσα πιθανότητα λειτουργούσε ως η κύρια είσοδος. Με την πάροδο του χρόνου, οι κίονες έχουν υποστεί σημαντικές απώλειες και μόνο οι βάσεις τους έχουν διατηρηθεί στις θέσεις τους ακέραιες, ενώ δύο έχουν ανασυναρμολογηθεί μέσα στην αυλή.
Μέσα στα χρόνια, το κτήριο υπέστη πολλές τροποποιήσεις. Μια σημαντική αλλαγή συνέβη κατά την υστερορρωμαϊκή εποχή, πιθανώς ως μέτρο άμυνας απέναντι σε εξωτερικές απειλές ή εισβολές. Η κιονοστοιχία του εξωτερικού προπύλου κλείστηκε με έναν τοίχο που άφηνε μόνο μια κεντρική είσοδο. Αυτή η επέμβαση μάλλον συνδέεται με εργασίες ενίσχυσης του ιερού λόγω των λεηλασιών των Γότθων και των Ερούλων αυτήν την περίοδο, στα χρόνια του αυτοκράτορα Βαλεριανού (253-260 μ.Χ.). Στους ακόλουθους χριστιανικούς χρόνους, μετά την παρακμή του ιερού, σταυροί χαράχτηκαν σε διάφορα σημεία των Προπυλαίων με σκοπό τον καθαγιασμό του χώρου και την απομάκρυνση των ειδωλολατρικών επιρροών. Ο σταυρός που σκαλίστηκε στο γοργόνειο του Μάρκου Αυρηλίου αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτής της πρακτικής.
