Un giovane armato di un arco e accompagnato da un cane irrompe in una scena appartata, sorprendendo un gruppo di donne nude riunite attorno a una fontana di pietra sotto gli archi di un tempio in rovina nel bosco. La figura centrale, pallida e coronata da una luna crescente, è protetta da una donna di pelle scura a destra, mentre le altre ninfe reagiscono allarmate, girandosi per coprirsi o rivolgendo lo sguardo alla dea per ricevere indicazioni. Diana e Atteone mostra il momento delle Metamorfosi di Ovidio in cui Atteone, dopo aver cacciato, si imbatte nella dea Diana e nelle sue ninfe, un incontro che porterà alla sua trasformazione e morte.

Tiziano colloca questo dramma mitologico non in una radura boschiva, ma nelle rovine arcuate di un tempio, adattando l'ambientazione tradizionale per aumentare la sensazione di intrusione e violazione sacra. Questo dipinto fa parte della celebre serie di poesie dell'artista ed è stato creato negli anni '50 del Cinquecento, insieme a Diana e Calisto, utilizzando lo stesso stile e approccio per entrambe le opere.