Στην αρχή της έκθεσης παρουσιάζονται ευρήματα από ένα ακόμη σημαντικό ιερό, αυτό της Άρτεμης Βραυρωνίας. Κτισμένο κοντά στα Προπύλαια, αποτελεί ουσιαστικά το αστικό παράρτημα του κύριου ιερού της θεάς, που βρίσκεται στον δήμο της Βραυρώνας, στα ανατολικά παράλια της Αττικής.

Το ιερό της Ακρόπολης ιδρύει γύρω στα μέσα του 6ου αι. π.Χ. ο τύραννος Πεισίστρατος, ο οποίος κατάγεται από την περιοχή της Βραυρώνας. Στην τελική μορφή του το ιερό αποτελείται από έναν περίβολο, μέσα στον οποίο υπάρχει στοά με δύο κλειστές πτέρυγες στις πλευρές. Ίχνη ναού δε σώζονται, ωστόσο το κεφάλι υπερφυσικού μεγέθους από λατρευτικό άγαλμα της θεάς καθιστά πιθανή την ύπαρξή του. 

Η Άρτεμη Βραυρωνία είναι θεά παρθενική, προστάτιδα των επιτόκων, των λεχώνων και των παιδιών. Γι’ αυτό οι γυναίκες της τάζουν το παιδί που θα γεννήσουν και της αφιερώνουν τα ενδύματά τους, όταν ο τοκετός είναι καλός.