Αν οι Αθηναίοι με τον Παρθενώνα τίμησαν την Αθηνά, τη μια από τους δύο διεκδικητές της ονοματοδοσίας της πόλης, στο Σούνιο αφιέρωσαν τον ναό στον δεύτερο διεκδικητή, στον Ποσειδώνα. Δεν υπήρχε ίσως και καλύτερη θέση απ' αυτήν. Ένας βράχος ύψους 60 μέτρων πάνω από τη θάλασσα, στο νοτιότερο σημείο της πόλης, εκεί απ' όπου περνούν για τελευταία φορά όσοι φεύγουν με πλοίο απ' την Αθήνα, ή το σημείο που συναντά κανείς πρώτο όταν πλησιάζει στην Αθήνα.
Είναι ο ίδιος βράχος, που σε μια παραλλαγή του μύθου, στεκόταν ο Αιγέας, περιμένοντας τον γιο του Θησέα να επιστρέψει από την Κρήτη, και, όταν αντίκρισε στο βάθος του ορίζοντα το πλοίο με μαύρα πανιά, πήδηξε στο πέλαγο, που από τότε πήρε το όνομά του, Αιγαίο.
Ως τόπος λατρείας το Σούνιο είναι γνωστό από τον Όμηρο. Στο στίχο 278 της γ' ραψωδίας της Οδύσσειας αφηγείται ο Νέστορας στον Τηλέμαχο:
ἡμεῖς μὲν γὰρ ἅμα πλέομεν Τροίηθεν ἰόντες,
Ἀτρεΐδης καὶ ἐγώ, φίλα εἰδότες ἀλλήλοισιν·
ἀλλ᾽ ὅτε Σούνιον ἱρὸν ἀφικόμεθ᾽, ἄκρον Ἀθηνέων
Μαζί αρμενίζαμε λοιπόν, γυρνώντας απ’ την Τροία,
αγαπημένα και πιστά, εγώ κι ο γιος τ’ Ατρέα.
Κι όταν στο Σούνιο φτάσαμε, στων Αθηνών τον κάβο
Μετάφραση Ζήσιμου Σίδερη
Από τις ανασκαφές προέκυψαν στοιχεία που αποδεικνύουν κατοίκηση της ευρύτερης περιοχής ήδη από το 2800 π.Χ. Στον ίδιο τον βράχο βρέθηκε ένας σφραγιδόλιθος μινωικής τεχνοτροπίας, ένα χάλκινο ειδώλιο με σπείρες της πρωτογεωμετρικής περιόδου που παραπέμπουν σε λατρευτικές τελετές στα μυκηναϊκά και γεωμετρικά χρόνια. Από το πλήθος των ευρημάτων, όπως ξίφη, βέλη, δόρατα, ανδρικές προτομές, ομοιώματα οπλιτών, αλόγων και ασπίδων προκύπτει το συμπέρασμα ότι υπήρχε λατρεία ανδρικής πολεμικής μορφής που είχε σχέση με τις χθόνιες θεϊκές δυνάμεις. Η λατρεία της θεότητας συνεχίστηκε κι όταν ακόμα είχαν ιδρυθεί τα ιερά της Αθηνάς και του Ποσειδώνα.
Περίπου στα τέλη του 7ου αι, τοποθετήθηκαν στην κορυφή του βράχου τέσσερις γιγαντιαίοι κούροι, που ήταν ορατοί από τους παραπλέοντες ναυτικούς.
Στην ανασκαφή του 1906 βρέθηκαν τέσσερις μαρμάρινοι κούροι του 590-580 π.Χ., οι οποίοι καταστράφηκαν, μάλλον κατά την Περσική εισβολή το 480 π.Χ.
Στις αρχές του 5ου τοποθετείται και η ανέγερση του ναού του Ποσειδώνα, ο οποίος καταστράφηκε κι αυτός από τους Πέρσες, όπως άλλωστε και ο μικρότερος ναός της Αθηνάς που είχε ιδρυθεί τον 6ο αι.
Κατά τη διάρκεια του πελοποννησιακού πολέμου οι Αθηναίοι έκτισαν στον βράχο ισχυρό φρούριο, για να εξασφαλίσουν τη διέλευση των σιτοφόρων πλοίων.
Εκτός από τον ναό του Ποσειδώνα στον βράχο υπήρχε ο ναός της Αθηνάς Σουνιάδας, κτισμένος περίπου στα μέσα του 5ου αι., Προπύλαια, δύο Στοές, στη συνέχεια των προπυλαίων κι ένας μικρός οικισμός. Στα ελληνιστικά χρόνια κατασκευάστηκαν νεώσοικοι στη βορειοδυτική άκρη του ακρωτηρίου.