Η Παλλήνη ήταν η ηγεμονεύουσα πόλη ενός «κοινού» με κέντρο το ιερό της Αθηνάς Παλληνίδος, μιας από τις ελάχιστες θεότητες της αρχαιότητας που είχαν παρασίτους. Ο μεγάλος τους αριθμός, που αναφέρεται σε επιγραφή των μέσων του 4ου αιώνα π.Χ., δείχνει την αίγλη της θεάς και τη μεγάλη απήχηση που είχε το ιερό της στους πιστούς της σε όλους τους δήμους της Αττικής. Σημαντικότατο στοιχείο για τη σπουδαιότητα του ιερού της Αθηνάς στην Παλλήνη είναι η συμμετοχή του «άρχοντα βασιλέα» της Αθήνας στις τελετουργίες που γίνονταν στο ιερό (επί Πυθοδώρου άρχοντος το 431/2).
Πρόκειται για δωρικό, περίπτερο, εξάστυλο ναό των μέσων του 5ου αιώνα π.Χ. με πλάτος 16,35 μ. και μήκος 35,25 μ. Ο αριθμός των κιόνων στις μακρές πλευρές ήταν 13 και το μεταξόνιο 2,685 μ. Το ιερό της Παλληνίδος μνημονεύεται από τον Ησύχιο, τον Αριστοτέλη, τον Ευριπίδη, τον Αριστοφάνη. Την κυριότερη όμως αναφορά κάνει ο Ηρόδοτος, ο οποίος τοποθετεί εδώ τη μάχη του Πεισίστρατου με τους Αλκμεωνίδες (541 ή 539 π.Χ.).
Η Παλλήνη συνδέεται με πολλούς αττικούς μύθους. Είναι το πεδίο της Γιγαντομαχίας, στη διάρκεια της οποίας η Αθηνά σκότωσε τον γίγαντα Πάλλαντα ή, σε άλλη εκδοχή, τη Γοργόνα, σχετίζεται με την ιστορία του Εριχθόνιου και με τον Θησέα και τον συνοικισμό του.
Την αρχαιότητα της λατρείας της Αθηνάς στην Παλλήνη μαρτυρούν τα πτηνόμορφα ειδώλια που βρίσκονται στην επίχωση των θεμελίων του κλασικού ναού, προέρχονται από γειτονικό αρχαϊκότατο ιερό και χρονολογούνται στο τέλος του 8ου, αρχές του 7ου αιώνα π.Χ. Έχουν σχετισθεί με λατρεία πηγαίων νερών, ενώ όσα από αυτά φέρουν κράνος ίσως αποτελούν πρώιμη μορφή της Αθηνάς Ιππίας.
