Det nye tempelet ble sponset i det minste delvis av Kroisos (kjent som Krøsus), som grunnla Lydias imperium og var overherre over Efesos. Det ble utformet og konstruert fra rundt 550 f.Kr. av den kretiske arkitekten Khersifron og hans sønn Metagenes. Det var 115 m langt og 46 m bredt, visstnok det første greske tempelet bygget av marmor. Dens peripterale søyler var rundt 13 m høye, i doble rader som dannet en bred seremoniell passasje rundt som huset gudinnens kultbilde. Trettiseks av disse søylene var ifølge Plinius den eldre dekorert med utskjæringer i relieff. En ny mørk kultstatue i ibenholt eller svertet villvintømmer ble skulpturert av Endoios, og en (liten helligdom, ofte tempellignende struktur, tidvis som gravmonumenter) for å huse den ble reist øst for friluftsalteret.