Ο αινιγματικός Ναός F παραμένει επί μακρόν ένα μυστήριο. Κάποτε πιστευόταν ότι ήταν ο παλαιότερος ναός της Δήμητρας, κτήριο ξεχωριστό από το Τελεστήριο. Βρίσκεται στην κορυφή ενός τεχνητού άνδηρου, προσφέροντας μεγαλοπρεπή θέα προς την Ιερά Οδό. Η κατασκευή του ναού περιελάμβανε την επιμελή λάξευση του βράχου στην περιοχή.
Αρχιτεκτονικά, το κτήριο αναγνωρίζεται ως ναός εν παραστάσι, που διέθετε σχεδόν τετράγωνο σηκό και ρηχό πρόναο με δύο κίονες ανάμεσα στις παραστάδες. Η είσοδος του ναού είχε κλίμακα δέκα σκαλοπατιών, η οποία επίσης λειτουργούσε ως υποστήριξη για το τεχνητό άνδηρο, στο οποίο στηριζόταν το ανατολικό τμήμα του ναού. Σήμερα, μόνο λίγοι θεμέλιοι λίθοι έχουν απομείνει, συμπεριλαμβανομένων πωρόλιθων από το Τελεστήριο του Πεισίστρατου. Αυτές οι πέτρες φέρουν τα σημάδια της Περσικής εισβολής, όταν ο ναός της Δήμητρας πυρπολήθηκε. Οι Ελευσίνιοι διέσωσαν όσα θραύσματα μπορούσαν, διατηρώντας τα για μελλοντική χρήση στην ανέγερση άλλων κτηρίων.
Σημαντικό χαρακτηριστικό του Ναού F αποτελεί το αέτωμα πρόσοψής του, ορατό προς την Πομπική Οδό και στους μύστες κατά τη διαδρομή τους προς το Τελεστήριο. Ήταν διακοσμημένο με γλυπτά σε κλίμακα 1:3 του δυτικού αετώματος του Παρθενώνα, που αντέγραφαν μια τοπική προσαρμογή του μυθικού αγώνα μεταξύ της Αθηνάς και του Ποσειδώνα για την κυριαρχία της Αττικής. Στην Ελευσινιακή εκδοχή, η αφήγηση προσαρμόστηκε για να απεικονίσει την απαγωγή της Περσεφόνης από τον Άδη. Ενώ τα κεντρικά αγάλματα δεν έχουν διασωθεί, σώζονται οι μορφές της Αθηνάς, οπλισμένης με κράνος και αιγίδα, και της Αρτέμιδος, ζωσμένης με φαρέτρα. Απεικονίζονται να αναχωρούν αναστατωμένες από την αρπαγής της Περσεφόνης, πλαισιωμένες με ήρωες και ηρωίδες από την Ελευσίνα και την Αθήνα, με εμβληματικές φιγούρες όπως ο Κέκροπας και η κόρη του Έρση, που παραπέμπουν στα αντίστοιχα γλυπτά του Παρθενώνα.
Κατασκευασμένος στη ρωμαϊκή εποχή, η ακριβής χρονολόγηση του ναού F παραμένει ασαφής, όπως και η ταυτότητα της θεότητας στην οποία αφιερώθηκε. Ο ναός συνεχίζει να αποτελεί αντικείμενο έντονου αρχαιολογικού ενδιαφέροντος.
