Στην περιοχή της κοιλάδας του Ιλισού, πίσω από τον Αρχαιολογικό Χώρο του Ολυμπιείου, βρίσκεται ο Ιερός ναός της Αγίας Φωτεινής Ιλισσού. Το γεγονός πως επιλέχθηκε η συγκεκριμένη Αγία δεν είναι καθόλου τυχαίο αφού η εκκλησία χτίστηκε πάνω στα θεμέλια του Ιερού της Εκάτης.
Η Εκάτη, θεά της μαγικής τέχνης στον κάτω κόσμο, ήταν το μοναδικό παιδί των Τιτάνων Πέρση και Αστερίας. Από τους γονείς της κληρονόμησε δυνάμεις πάνω στη γη, τη θάλασσα και τον ουρανό. Βοήθησε τη θεά Δήμητρα στην αναζήτηση της Περσεφόνης και μετά την επανένωσή τους έγινε συνοδός της Περσεφόνης και σύντροφος του Άδη. Στην μυθολογία η Εκάτη εμφανίζεται σαν χθόνια θεότητα.
Τα θεμέλια του παλαιού ναού έγιναν οι βάσεις για την χριστιανική εκκλησία που κατασκευάστηκε ακριβώς στο ίδιο σημείο. Όπως είχε γράψει και ο αθηναιογράφος Δ. Καμπούρογλου πολλά μάρμαρα από αρχαία ερείπια είχαν χρησιμοποιηθεί για την ανέγερση της εκκλησίας. Δεν είναι όμως μόνο τα υλικά στοιχεία που συνέδεσαν τις δυο θρησκείες.
Ήταν κοινή πεποίθηση των πρώτων χριστιανών να εξορκίζουν την παλιά θρησκεία μέσα από χριστιανικούς ναούς. Την θέση της αρχαίας θεάς Εκάτης, είχε λάβει πλέον η Αγία Φωτεινή. Κατά τους συναξαριστές η Αγία Φωτεινή ήταν η πρώτη γυναίκα που πίστεψε στον Θεό.
Αρχιτεκτονικά ανήκει στον τύπο της απλής βασιλικής με δίρριχτη ξύλινη στέγη. Πριν από την ανακαίνισή του στη δεκαετία του 1980 δεν είχε τη σημερινή μορφή, καθώς οι λιθόκτιστοι τοίχοι του είχαν καλυφθεί με ασβέστη για λόγους συντήρησης. Στο εσωτερικό του σώζονται τοιχογραφίες που χρονολογούνται στον 18ο και 19ο αιώνα, ενώ συμπληρωματική αγιογράφηση έγινε το διάστημα 1986-1992. Το ξυλόγλυπτο τέμπλο κατασκευάστηκε το 1986 και είναι αντίγραφο του τέμπλου του ναού του Αγίου Νεκταρίου στην Αίγινα. Από τον παλαιό διάκοσμο του ναού ξεχωρίζουν οι φορητές εικόνες της Αγίας Φωτεινής, του Αγίου Ελευθερίου και του Αρχαγγέλου Μιχαήλ.
• Μέσα στην εκκλησία και κάτω από το εικόνισμα της Αγίας Φωτεινής εκτίθεται μάλιστα και ένας “λίθος εκ του φρέατος του Ιακώβ”! Υποτίθεται ότι είναι από τα Ιεροσόλυμα, και ανήκει στο πηγάδι του Ιακώβ.
• Επίσης στο εσωτερικό του ναού, υπάρχει και εικόνα με το Μαρτύριο του Αγίου Μιχαήλ του Αθηναίου, του Μπακνανά. Ο Νεομάρτυς Μιχαήλ ο Κηπουρός, ο επονομαζόμενος Μπακνανάς, γεννήθηκε στην Αθήνα το 1753 και έζησε στη συνοικία της Βλασσαρούς (Αρχαία Αγορά). Κάποια ημέρα, συνελήφθη από Τούρκους φύλακες και κατηγορήθηκε ότι μετέφερε κρυφά μπαρούτι για τους Έλληνες. Οδηγήθηκε στον κριτή όπου και διαμαρτυρήθηκε, αλλά καταδικάστηκε σε θάνατο, εκτός και εάν δεχόταν να ασπασθεί το Μωαμεθανισμό. Όμως απάντησε αγέρωχα: «Δεν τουρκεύω». Οδηγήθηκε λοιπόν στον τόπο της εκτέλεσης, στον αρχαίο ναό του Ολυμπίου Διός. Στην αρχή ο δήμιος τον χτύπησε με αντεστραμμένο ξίφος στο λαιμό για να τον εκφοβίσει, προσδοκώντας την μεταστροφή του. Όμως ο γενναίος Αθηναίος τον παρότρυνε με θάρρος: «Χτύπα για την πίστη». Στην πρώτη κολώνα του Ολυμπιείου, το ακόλουθο επιγραφικό χάραγμα: «1771 Ιουλίου 9. Απεκεφαλίσθη ο Πακνανάς Μιχάλης», αποτύπωσε το γεγονός για την ιστορία.
Η Αγία Φωτεινή του Ιλισσού γιορτάζει κάθε 26η Φεβρουαρίου αλλά και την Κυριακή της Σαμαρείτιδος. Η Αγία συνεχίζει να ευλογεί ακόμα και σήμερα τις πηγές που τρέχουν δίπλα της. Έτσι κάθε Θεοφάνεια ανώτατες αρχές της πόλης και κλήρος με κέντρο την Αγία Φωτεινή δίπλα στα νερά της Καλλιρόης, αγιάζουν τα νερά της πόλης στο γειτονικό Κολυμβητήριο.
