I 356 f.Kr. brant tempelet ned. Ulike kilder har bekrevet dette som en forfengelig brannstiftelse av en mann, Herostratos. Han skal satt trebjelkene i brann under begrunnelsen at han søkte berømmelse for enhver pris; dermed blitt opphavet til betegnelsen herostratisk berømmelse. For denne forargelsen dømte efeserne gjerningsmannen til døden og forbød noen å nevne navnet hans, selv om den greske historikeren Theopompos senere likevel bemerket det. Aristoteles beskrev tempelets brann, men ikke årsaken. I gresk og romersk historisk tradisjon falt tempelets ødeleggelse sammen med fødselen til Aleksander den store (rundt 20.–21. juli 356 f.Kr.). Plutark som spesifiserer ikke en årsak til brannen, bemerket at Artemis var for opptatt av Aleksanders levering til å redde hennes brennende tempel.