Το Τελεστήριο, ο ναός αφιερωμένος στη Δήμητρα, υπήρξε ο ακρογωνιαίος λίθος του ιερού χώρου της Ελευσίνας, σηματοδοτούσε την κορύφωση της Ιεράς Οδού και αποτελούσε το επίκεντρο των Ελευσινίων Μυστηρίων. Γνώρισε πολλαπλές οικοδομικές φάσεις μέσα στους αιώνες, καθώς εξελισσόταν για να φιλοξενήσει τον αυξανόμενο αριθμό των μυστών.
Η πρώτη κατασκευή χρονολογείται στη Μυκηναϊκή εποχή, και είναι ένα ορθογώνιο κτίσμα με περίβολο. Σύμφωνα με τον μύθο, η ίδια η Δήμητρα επέλεξε αυτήν την τοποθεσία, όταν ζήτησε από τους άρχοντες και τους κατοίκους να αναγείρουν ναό στη βάση του λόφου της ελευσινιακής ακρόπολης, πάνω από το Καλλίχορον φρέαρ. Οι επόμενες γενιές έχτισαν τις διαδοχικές φάσεις σε αυτό το σημείο, σεβόμενοι τη θεία αυτή εντολή.
Κατά την Γεωμετρική περίοδο, τον 8ο αι. π.Χ., οι ελληνικές πόλεις ξεκίνησαν την παράδοση της αποστολής των «απαρχών» (πρώτων καρπών) στον ναό, ένα έθιμο που εδραιώθηκε για να αποφευχθούν οι σιτοδείες. Από αυτή την εποχή, μόνο ένα τμήμα καμπύλου τοίχου, πιθανόν μέρος ενός βωμού ή ναού με αψίδα, έχει ανακαλυφθεί κάτω από το δάπεδο του Τελεστηρίου. Τον 6ο αι. π.Χ. κατασκευάστηκε ένας ορθογώνιος σηκός με πολυγωνική τοιχοδομία, έργο που συνδέεται με τον ονομαστό Αθηναίο νομοθέτη Σόλωνα (περίπου 639-559 π.Χ.).
Κατά το δεύτερο μισό του 6ου αι. π.Χ., καθώς η φήμη του ιερού αυξανόταν, οι Αθηναίοι ξεκίνησαν την κατασκευή ενός νέου Τελεστηρίου. Γνωστό ως Πεισιστράτειο Τελεστήριο, είχε τετράγωνη κάτοψη με είκοσι κίονες, τρεις εισόδους στην ανατολική πλευρά, και ένα δωρικό δεκάστυλο πρόπυλο. Κατασκευάστηκε από πωρόλιθο, εκτός από τα ανώτερα τμήματά του που ήταν από μάρμαρο, με επιμελή διακόσμηση για να προβάλλουν τη δόξα της Αθήνας και τη φροντίδα της για το ιερό.
Η περσική εισβολή και η επακόλουθη κατάληψη της Αθήνας προκάλεσε καταστροφές στο Τελεστήριο του Πεισίστρατου. Οι δυνάμεις του Μαρδόνιου, μεταξύ του καλοκαιριού του 480 και της άνοιξης του 479 π.Χ., κατέστρεψαν εν μέρει τις οχυρώσεις του και πυρπόλησαν τον ναό. Είναι πιθανό ότι τα ιερά αντικείμενα της Δήμητρας μεταφέρθηκαν σε ασφαλέστερες τοποθεσίες όπως η Τροιζήνα, η Αίγινα ή η Σαλαμίνα, ως προληπτικά μέτρα παρόμοια με αυτά που είχαν ληφθεί για την Ακρόπολη της Αθήνας.
Μετά την ήττα των Περσών στη Μάχη των Πλαταιών, οι Ελευσίνιοι βρήκαν το ιερό τους σε ερειπιώδη κατάσταση. Οικοδομικά υλικά που ήταν δυνατό να σωθούν συγκεντρώθηκαν για επαναχρησιμοποίηση σε μελλοντικές κατασκευές. Βασική προτεραιότητα ήταν η ασφαλής φύλαξη των ιερών αντικειμένων, με το Ανάκτορο να αποτελεί μια άμεση προσωρινή λύση. Ο Κίμων, γιος του Μιλτιάδη, ξεκίνησε την κατασκευή του νέου κτηρίου, που τελικά δεν ολοκληρώθηκε. Από αυτήν την αρχιτεκτονική φάση σώζονται λιγοστά τμήματα.
Το Τελεστήριο, όπως σώζεται σήμερα, αποτελείται κυρίως από αρχιτεκτονικά στοιχεία της κλασικής περιόδου. Πρόκειται για μια μεγάλη, τετράγωνη, υπόστυλη αίθουσα με δύο εισόδους σε κάθε πλευρά, εκτός από τη δυτική, η οποία εφάπτεται στον βράχο. Στο εσωτερικό της υπήρχαν οκτώ σειρές εδωλίων κατά μήκος των τεσσάρων πλευρών της. Αυτά, όπου ήταν εφικτό, ήταν σκαλισμένα απευθείας στον βράχο και διατηρούνται μέχρι σήμερα, ενώ άλλα κατασκευάστηκαν από πωρόλιθο και έχουν χαθεί.
Κεντρικό στοιχείο του σχεδίου του κτηρίου αποτελούσαν οι 42 κίονες που στήριζαν τη στέγη και ήταν διατεταγμένοι σε έξι σειρές των επτά. Μια δεύτερη σειρά ελαφρύτερων κιόνων τοποθετήθηκε πάνω από την πρώτη για να ενισχύσει τη στήριξη της οροφής. Στο κέντρο της στέγης υπήρχε το οπαίον, ένας φεγγίτης, που παρείχε φυσικό φως και αερισμό. Στην καρδιά του Τελεστηρίου ήταν το Ανάκτορον, ένας ορθογώνιος θάλαμος τοποθετημένος περίπου στο κέντρο της αίθουσας. Πρόκειται για τον χώρο φύλαξης των ιερών αντικειμένων της ελευσινιακής λατρείας, τα οποία περιέβαλε άκρα μυστικότητα και τα οποία αποκαλύπτονταν από τον ιεροφάντη μόνο στους μύστες. Στη βορειοανατολική γωνία του ανακτόρου υπήρχε ο θρόνος του αρχιερέα της Δήμητρας.
Η ταυτότητα του αρχιτέκτονα του κλασικού Τελεστηρίου είναι αντικείμενο συζήτησης. Ο Πλούταρχος αποδίδει το σχέδιο της κατασκευής της κάτω σειράς των κιόνων στον Κόροιβο και της επακόλουθης προσθήκης της επάνω σειράς στον Μεταγένη, μετά τον θάνατο του Κόροιβου. Λέγεται επίσης ότι ο Ξενοκλής από τον Χολαργό εγκατέστησε το οπαίον και ολοκλήρωσε τον ναό. Το σχέδιο αποδίδεται στον Ικτίνο από τους Ρωμαίους συγγραφείς Στράβωνα και Βιτρούβιο, ο οποίος αρχικά είχε σχεδιάσει την ανέγερση είκοσι κιόνων. Τεχνικοί περιορισμοί κατέστησαν αυτήν την ιδέα αδύνατη, οδηγώντας τον Κόροιβο σε σημαντική αύξηση του αριθμού των κιόνων.
Στον 4ο αι. μ.Χ., μετά τον Πελοποννησιακό Πόλεμο, οι Αθηναίοι προχώρησαν στην επέκταση του Τελεστηρίου. Αυτό το σχέδιο υλοποιήθηκε εν μέρει με την κατασκευή ανθεκτικών τοίχων θεμελίωσης που προεξείχαν από τις ανατολικές γωνίες του ναού, και στη συνέχεια εγκαταλείφθηκε. Αντ’ αυτού, οι προσπάθειές τους κορυφώθηκαν και στέφθηκαν με επιτυχία στην ανέγερση μιας επιβλητικής στοάς στην ανατολική πλευρά του ναού, δημιουργία του Ελευσίνιου αρχιτέκτονα Φίλωνα. Κατασκευασμένη εξ ολοκλήρου από Πεντελικό μάρμαρο, διέθετε δώδεκα δωρικούς κίονες κατά μήκος της πρόσοψης και δύο στις στενές πλευρές.
Μέχρι την εισβολή των Κοστοβόκων το 170 μ.Χ., το Τελεστήριο παρέμεινε σχεδόν αμετάβλητο. Μετά την επίθεση, ο αυτοκράτορας Μάρκος Αυρήλιος προχώρησε σε εκτενείς επισκευές ή ακόμα και στην πλήρη ανακαίνιση του ναού, που περιλάμβανε μια προέκταση δύο μέτρων προς τη δυτική πλευρά μέσω λάξευσης του βράχου. Σε ένδειξη αναγνώρισης της γενναιοδωρίας του, οι ιερείς του επέτρεψαν να εισέλθει στο ανάκτορο, η πρόσβαση στο οποίο ήταν ένα μακραίωνα αποκλειστικό προνόμιο του ιεροφάντη και απαγορευμένη για όλους τους θνητούς.
