Après la Quatrième croisade et la création du duché d'Athènes, le Parthénon passe de la liturgie orthodoxe à la liturgie catholique, mais reste cathédrale. Un clocher est construit, à partir d'éléments récupérés sur les ruines des monuments avoisinants, au coin sud-est, à l'intérieur de l'exonarthex. On y accédait grâce à une porte dans le mur ouest du narthex ; il disposait d'un escalier en spirale et dépassait du toit du bâtiment. Certaines hypothèses en ont aussi fait une tour de vigie. Une arche de briques fut construite pour soutenir le fronton ouest. Un nouveau décor fut peint dans l'exonarthex jusque sur la base de la tour. On pouvait y voir une Vierge et un Jugement dernier. En 1970, un monstre écailleux chevauché par une figure humaine était encore visible.