Vurdert fra arkeologiske funn synes det som om Kastelli fortsatte å spille en viktig rolle på øya ut den antikke greske perioden, fra rundt 750 til 323 f.Kr. I løpet av 200-tallet i den hellenistiske perioden, skaffet bosetningen på Patmos en akropolis med forbedret forsvar i form av befestede murer og tårn. Det er antatt at det var templer for Apollon og Dionysos på stedet. Den tragiske Orestes skal ha kommet til Patmos mens han flyktet fra hevngudinnene erinnyere. I henhold til tradisjonen skal han ha bygd et tempel for Artemis. Andre templer fra antikk tid har blitt dedikert Zevs, nevnte Dionysos og Apollon Karneios, og Afrodite, men det er Artemis som ble den antikke beskytteren av Patmos.