L’opera, di dimensioni maggiori del vero, rappresenta una figura femminile vestita di peplo e mantello, trattenuto sulle spalle e ricadente sul dorso. La figura è stante con il peso sulla gamba sinistra e la destra leggermente avanzata. Tiene il braccio destro sollevato e flesso, a sorreggere una breve asta, mentre il braccio sinistro è disteso in posizione arretrata rispetto alla figura. Il peplo pesante è caratterizzato da ampio scollo a V con numerose pieghe molto incise fra i seni (apoptygma). Ciò induce a collocare la scultura nella serie delle peplophoroi derivate da originali greci del V secolo a.C. Conosciuta negli inventari come dea dell'abbondanza, e poi genericamente indicata come figura panneggiata, la grande statua riconduce a un tipo statuario della dea Demetra, raffigurata con peplo e mantello da viaggio, con il braccio destro alzato per sostenere la fiaccola che illuminava il suo girovagare alla ricerca della figlia Persefone rapita da Ade - tale iconografia si ritiene derivata dalla creazione fidiaca per il fregio orientale del Partenone. L'originale a cui si ispira è stato attribuito ad Agoracritos o ad Alkamenes, scultori greci della seconda metà del V secolo a. C. La scultura di Demetra Altemps è databile entro la prima metà del II secolo d.C. e trova confronti con l'analogo tipo Capitolino e con una statua del Museo del Prado, datate al I secolo d.C.; molto simile nelle proporzioni, sebbene di ritmo inverso, è anche la statua di Demetra del giardino di Boboli