Στον λόφο του Αστεροσκοπείου, στον αρχαίο λόφο των Νυμφών, στην περιοχή του Θησείου, δεσπόζει ο εντυπωσιακός σύγχρονος ναός της Αγίας Μαρίνας. Στη νοτιοανατολική γωνία του έχει ενσωματωθεί ο πολύ παλαιότερος αρχικός ναός, που ήταν σπηλαιώδης και σήμερα λειτουργεί ως βαπτιστήριο.
Ο αρχικός ναός χρονολογείται στις αρχές του 13ου αιώνα και πιθανότατα κατασκευάστηκε σε θέση όπου υπήρχε αρχαία δεξαμενή νερού. Ήταν λαξευμένος στον βράχο και διέθετε τρούλο που προστέθηκε αργότερα. Στο εσωτερικό του ο βράχος καλυπτόταν από τοιχογραφίες, που αποκαλύφθηκαν σε έξι επάλληλες στρώσεις και χρονολογούνται στον 13ο, 17ο και 18ο αιώνα. Οι παλαιότερες απεικονίσεις, του 13ου αιώνα, έχουν διασωθεί στον νότιο τοίχο και μέχρι το μέσο της αψίδας του ιερού, όπου εικονίζεται η Πλατυτέρα Βρεφοκρατούσα, ένθρονη, πλαισιωμένη από αγγέλους και ιεράρχες. Σε καλή κατάσταση διατηρείται ο δεξιός «σεβίζων» άγγελος, και στη νότια πλευρά ο Μέγας Βασίλειος, που ξεχωρίζει για την εκφραστικότητά του και τον πλούσιο διάκοσμο των ενδυμάτων του. Πολύ φθαρμένες τοιχογραφίες σώζονται και από τις αρχές του 17ου αιώνα, ανάμεσά τους και μία παράσταση του Ευαγγελιστή Μάρκου, έργο του Αθηναίου αγιογράφου Δημητρίου. Στην ανατολική πλευρά σώζεται και η Αγία Τράπεζα.
Ο νεότερος ναός οικοδομήθηκε κατά το διάστημα 1924-1927 σε σχέδια του αρχιτέκτονα Αχιλλέα Γεωργιάδη και είναι εγγεγραμμένος σταυροειδής με ένα μεγάλο κεντρικό τρούλο και τέσσερις μικρότερους στις γωνίες. Εσωτερικά διακοσμείται με αγιογραφίες, έργα γνωστών καλλιτεχνών, που αποτελούν σπάνιο δείγμα ευρωπαϊκής επιρροής στην Ελλάδα, ενώ διαθέτει εντυπωσιακό τέμπλο, σχεδιασμένο από τον αρχιτέκτονα Γεώργιο Νομικό. Σε ειδικά διαμορφωμένο χώρο στο εσωτερικό του εκτίθενται σπαράγματα από τοιχογραφίες του παλαιού ναού που έχουν αποτοιχισθεί, κειμήλια και εικόνες της περιόδου μεταξύ του 13ου και 18ου αιώνα. Ο ναός εορτάζει στις 17 Ιουλίου.
