Alla morte prematura di Cesare però erano state gettate solo le fondamenta e i lavori furono ripresi da Augusto con l'intento di portare avanti l'iniziativa del predecessore riscattando con il proprio denaro un'area più vasta, inoltre fece innalzare un edificio di dimensioni più vaste di quello che era previsto da Cesare.
 Probabilmente occupò la parte curva del Circo Flaminio, che da allora divenne una piazza, facendo spostare o riedificare alcuni edifici sacri come il tempio di Apollo e di Bellonia.
Il primo spettacolo avvenne nel 17 a.c., ma venne inaugurato ufficialmente nel 13 a.c. con giochi sontuosi e dedicato a Marco Claudio Marcello, nipote di Augusto, figlio della sorella Ottavia, già designato come erede e maritato alla figlia Giulia, tuttavia morì prematuramente.

Per la dedica vennero collocate quattro colonne di marmo africano e una statua di Marcello in bronzo dorato.

Il primo restauro della scena si ebbe sotto Vespasiano e altri restauri si ebbero sotto Alessandro Severo.
In epoca medioevale si trasformò in un castello fortificato, inizialmente di proprietà dei Pierleoni, poi dei Faffo e dal XIII sec. dei Savelli, che fecero edificare il palazzo tuttora esistente sopra le arcate della facciata.

Nel XVIII sec. passò agli Orsini, fino agli espropri degli anni '30 e ai lavori del 1926-1932, ad opera di Mussolini, con cui vennero eliminate botteghe e abitazioni nelle arcate e lo spazio circostante

I restauri consolidarono una parte delle arcate interne, con speroni in mattoni, e rifecero parte della facciata, riprendendo lo schema architettonico delle arcate in pietra.

Esteriormente presentava piani sovrapposti di archi, che distribuiscono il peso su possenti pilastri quadrati.
Il teatro era costituito da tre parti essenziali: la cavea, cioè le gradinate, l'orchestra e la scena. Il popolo occupava la parte alta della cavea, i patrizi avevano riservata la parte bassa.
Il teatro è fatto a setti radiali e al primo piano una volta anulare chiude un ambulacro. Al piano successivo le volte più esterne sono radiali come quelle che sostengono per evitare le spinte sulle facciate. 

Al di là dell'orchestra, riservata al coro e alle danze, s'innalza la scena, costruita in pietra e decorata da statue, nicchie e colonne. La scena fissa in muratura impediva la dispersione della voce degli attori.
Dunque i componenti erano: l'orchestra, la scena, la cavea, il frons scanae e il vesumae.
Il primo era il vero palcoscenico rialzato per attori, coro e ballerini, l'altro costituiva la scenda di sfondo, le ultime due accessi laterali per l'ingresso degli attori.
Il sipario di stoffa, riccamente decorato, veniva raccolto in un profondo canale posto ai piedi della scena; gli attori si muovevano nella zona antistante la scena e il primo anello di gradini era riservato ai senatori. L'imperatore disponeva di una tribuna speciale e al suo fianco era collocata la tribuna delle Vestali.
Gli ambienti più esterni, suddivisi da tramezzi (infrastrutture che dividevano varie zone) in muratura probabilmente in epoca Giulio-Claudia, furono utilizzati come botteghe sin dagli inizi. Un ambiente centrale presenta sulla volta una decorazione in stucco bianco a tondi e ottagoni figurati, realizzata probabilmente nella seconda metà del II sec. Tuttavia in questa opera non mancarono le incertezze, come dimostra la diversa ampiezza degli archi delle aperture ed  era coperto con velario. E' noto  che vi erano 36 vasi bronzei per facilitare l'acustica.
Il teatro poteva ospitare circa 15.000 spettatori e fino a 20.000 in piedi.

La cavea, del diametro di 129,80 m., era divisa in una parte inferiore, imocavea, accessibile dall'"Ambulacro dei Cavalieri", una parte intermedia, mediocavea, accessibile dal secondo piano, e una parte superiore, summocavea, accessibile tramite scale dall'ultimo livello. In corrispondenza dell'orchestra, del diametro di 37 m., bassi gradini di marmo ospitavano i seggi dei posti riservati.

I due ordini sono separati da una fascia marcapiano. L'attico al terzo piano, del quale restano poche tracce, si presentava invece a parete continua ed era decorato con paraste corinzie.

Le chiavi d'arco erano decorate da grandi mascheroni teatrali in marmo bianco, alcuni dei quali furono recuperati durante gli scavi. L'altezza originaria doveva così raggiungere i 32,60 metri circa, oggi misura circa 20 m