Μεταξύ του Μαραθώνα και της Αθήνας υπάρχει η [[Πεντέλη]], έτσι αυτό σημαίνει ότι, εάν ο Φειδιππίδης έκανε πραγματικά το διάσημο τρέξιμό του μετά από τη μάχη, έπρεπε να τρέξει γύρω από το βουνό. Η προφανέστερη διαδρομή ταιριάζει σχεδόν ακριβώς με τη σύγχρονη εθνική οδό Μαραθώνα-Αθήνας, που ακολουθεί την εθνική οδό προς τα νότια από τον κόλπο Μαραθώνα και κατά μήκος της ακτής, κατόπιν ένας ομαλός αλλά παρατεταμένος ανήφορος δυτικά προς την ανατολική προσέγγιση στην Αθήνα, μεταξύ Υμηττού και Πεντέλης, και έπειτα κατηφορικά προς την Αθήνα. Αυτή η διαδρομή είναι περίπου 42 χιλιόμετρα και καθορίζει τα πρότυπα για την απόσταση. Εντούτοις υπάρχει μια άλλη προταση, ότι ο Φειδιππίδης να είχε ακολουθήσει μια άλλη διαδρομή: μια δυτική ανάβαση κατά μήκος των ανατολικών και βόρειων προπόδων της Πεντέλης, στο πέρασμα Διόνυσος, και έπειτα μια ευθεία νότια πορεία προς τα κάτω στην Αθήνα. Αυτή η διαδρομή είναι αρκετά μικρότερη, περίπου 35 χιλιόμετρα, αλλά είναι πολύ απότομη.
Η σύγχρονη διαδρομή που έχει καθιερωθεί στον κλασικό μαραθώνιο της Αθήνας έχει ως ακολούθως.
Η εκκίνηση για το Μαραθώνιο Δρόμο δίνεται στις 09.00 πμ από τον ειδικά διαμορφωμένο χώρο της Αφετηρίας (Μαραθώνας).Τα πρώτα 200 μέτρα είναι κατηφορικά και οδηγούν στην έξοδο από την εγκατάσταση της Αφετηρίας. Τα πρώτα 4 χιλιόμετρα παρουσιάζουν μια ελαφρά κατηφορική κλίση. Οι δρομείς τρέχουν επί της Λεωφόρου Μαραθώνος μέχρι το 4ο χλμ, οπότε και εισέρχονται αριστερά στην οδό Μαραθωνομάχων και την περιοχή του Τύμβου για τα επόμενα 2,2 χλμ. Η διαδρομή ακολουθεί σχεδόν κυκλική πορεία γύρω από το Μνημείο Πεσόντων (Τύμβος) στη Μάχη του Μαραθώνα.
Από το 6ο μέχρι το 10ο χλμ (Νέα Μάκρη) η διαδρομή είναι επίπεδη. Από το 11ο μέχρι το 17ο χλμ η διαδρομή έχει κατά τμήματα ανηφορική κλίση. Ακολουθεί μια κατηφόρα με απότομη κλίση μέχρι και πριν τη Διασταύρωση της Ραφήνας. Από τη διασταύρωση και μετά η διαδρομή γίνεται ανηφορική με πιο έντονο το τμήμα μέχρι το 20ο χλμ. Καθώς οι δρομείς διέρχονται από το Πικέρμι, λιγότερο και περισσότερο ανηφορικά τμήματα εναλλάσσονται μέχρι το 25ο χλμ, με πιο αξιοσημείωτη την παρατεταμένη ανηφόρα του 25ου χλμ. Το πέρασμα από την Παλλήνη, 27ο-28ο χλμ, είναι επίσης ανηφορικό. Από την περιοχή του Γέρακα ξεκινά το τελευταίο και πιο δύσκολο σημείο της διαδρομής, ο ανισόπεδος κόμβος Σταυρού, 30ο-31ο χλμ. Την έντονη και παρατεταμένη αυτή ανηφόρα ακολουθεί μια απότομη κατηφόρα που φτάνει μέχρι την πλατεία της Αγίας Παρασκευής. Οι δρομείς τρέχουν επί της Λεωφόρου Μεσογείων περνώντας από τις περιοχές Χαλανδρίου και Χολαργού, όπου εναλλάσσονται επίπεδα και κατηφορικά τμήματα μέχρι τον τερματισμό.
