Легенда гласит, что в строительстве храма большую помощь Херсифрону оказывала богиня Артемида. Однажды, когда зодчий, отчаявшийся поставить как следует каменную балку порога, решил покончить с собой, богиня явилась ему во сне и обещала помощь. Утром архитектор поспешил к храму и увидел, что балка сама встала на место под силой собственной тяжести. Строительство длилось 120 лет, и Херсифрон, безусловно, не смог его закончить. Над возведением храма трудились его сын Метаген, а закончили его архитекторы Пеонит и Деметрий.
Красота Артемисиона поразила современников. Но описание его не сохранилось. Уж очень недолго простоял храм.
В 356 году житель Эфеса Герострат поджег здание, чтобы прославиться в веках. В результате рухнула крыша, а колонны и мраморные стены были сильно обожжены. Чтобы восстановить храм, жители Эфеса отдали накопленные сбережения, а женщины расстались с драгоценностями. Архитектор Хейрократ расширил площадь Артемисиона и внес небольшие изменения в его архитектуру. Новое святилище занимало огромную площадь в 5450 кв. м. Его окружали 127 двадцатиметровых резных мраморных колонн. Внутри новый Артемисион был украшен статуями работы Праксителя и Скопаса, а также великолепными картинами. Среди них был портрет Александра Македонского работы художника Апеллеса, который изобразил великого полководца в виде Зевса с молнией в руке. Современников поражал оптический эффект, воспроизведенный мастером. Казалось, что рука Александра и молния в ней выступают из полотна.
Новый храм простоял около пятисот лет и служил местом паломничества для эллинов и римлян. Однако в 263 году н. э. во время нашествия готов Артемисион был разграблен. Разгром был довершен фанатиками-христианами, видевшими в Артемиде языческое божество, то есть дьяволицу. Позже византийцы использовали мраморную облицовку опустевшего храма для строительных нужд. А со временем разрушенные стены Артемисиона под собственной тяжестью ушли в болотистую почву и были занесены илом, принесенным Каистрой. В середине XIX века раскопками храма занялся английский археолог Вуд. 31 декабря 1869 года ему удалось обнаружить первые следы Артемисиона. А полностью его фундамент был открыт только в XX столетии.
В эзотерической традиции история храма выглядит несколько иначе. Архитектор Херсифрон, посвященный в тайны Мистерий, якобы сам предложил городам Ионии воздвигнуть храм их покровительнице богине охоты Артемиде (римляне называли ее Дианой). Идея была поддержана. Решили, что храм следует построить в Эфесе. Зодчий создал удивительное творение, которое символизировало собой Вселенную в миниатюре. А разрушен он был с помощью черной магии, ибо был посвящен оккультному символу порождения Луны, каковым является богиня Артемида-Диана.