Над составлением проекта храма и его строительством трудился известный архитектор того времени Харсифрон из Кносса. Он предложил создать мраморный храм, который будет опоясывать двойной ряд колонн. Предложение было одобрено, но возник вопрос — где добывать мрамор? Как это часто бывает, помог случай.
Однажды пастух Пиксодор пас стадо на зеленых холмах поблизости Эфеса. Два барана решили выяснить отношения и, наклонив головы, помчались навстречу друг другу, но промахнулись. И один из них с разбегу стукнулся о скалу. Да так, что от нее отлетел очень необычный осколок ослепительной белизны. Дальнейшая судьба баранов неизвестна, но их битва сыграла важную роль в истории возникновения храма Артемиды. Озадаченный пастух поднял камень, внимательно осмотрел его и вдруг, позабыв о стаде, поспешил в город. Ликующие горожане приветствовали пастуха, облачили его в дорогие одежды, и неизвестный Пиксодор сразу же стал знаменитостью — Евангелием, что означает «принесший благую весть».
Строительство храма длилось сто двадцать лет. Одной из причин такого длительного процесса явилось то, что храм начали возводить недалеко от устья реки Каистры, где была очень болотистая почва. Предполагали, что мраморный храм, возведенный в этом месте, ослабит ощутимые толчки землетрясений, часто случавшиеся на побережье Малой Азии. Грунт щедро посыпали толченым углем, который тщательно утрамбовывали.
Мраморные колонны приходилось перевозить из каменоломен, находившихся в двенадцати километрах от места закладки храма. Колеса повозок постоянно вязли в топкой земле. Тогда Харсифрон предложил довольно остроумный способ выравнивания почвы. В концы колонны были забиты железные прутья, укрепленные оловом, и на эти оси с обеих сторон колонны насадили колеса такого размера, что каменная колонна как бы висела на железных осях. Затем к осям прикрепляли длинные жерди, впрягали быков, и тяжелая колонна, превращенная в своеобразное колесо, легко катилась по топкой дороге.
При Харсифроне было успешно возведено здание храма и установлена великолепная колоннада, но до завершения строительства было далеко. Строительство продолжил сын Харсифрона — архитектор Метаген. Ему удалось полностью закончить верхнюю часть храма. С большим трудом строители втаскивали балки по наклонной плоскости на высоту храма. В дальнейшем работа предстояла еще более сложная: нужно было на вершину колонны положить архитрав очень осторожно, чтобы не повредить ее капитель. Как и отец, Метаген довольно остроумно разрешил возникшую задачу: на вершину колонны были положены мешки с песком и на них осторожно опустили балки. Под тяжестью балок песок постепенно высыпался, и громадины плавно располагались на своих местах.
Метаген тоже не успел достроить храм: эта задача стала проблемой для архитекторов Пеонита и Деметрия. В 550 году до н. э., когда легкое и изящное беломраморное здание с великолепной дорогой отделкой открылось взорам современников, оно вызывало удивление и восхищение.
Святилище было огромным: длина его составляла сто пять метров, а ширина пятьдесят пять метров. Вокруг храма шли два ряда каменных колонн высотой до восемнадцати метров. По свидетельству Плиния Старшего, всего их было сто двадцать семь. Двухскатная крыша была покрыта не черепицей, как в древних храмах, а мраморными плитами.
Прошло почти двести лет. В 356 году до н. э. житель Эфеса Герострат, обуреваемый честолюбивой идеей любым способом увековечить свое имя, поджег великую святыню малоазиатских городов. Это произошло в ночь рождения Александра Македонского. Храм сильно пострадал от пожара; обгорели деревянные конструкции, треснули балки перекрытий, повредились колонны. Жители Эфеса приняли решение восстановить храм, собрав для его реставрации свои сбережения и драгоценности. Их поддержали жители и других городов Малой Азии.
Александр Македонский предложил оплатить все прошлые и будущие расходы по реконструкции великолепного храма, но при условии, что в храме высекут надпись, воздающую должное его заслугам. Эфесцы отказались, мотивировали свое решение тем, что «бог» не должен воздвигать храмы другим богам.