Il teatro fu iniziato da Giulio Cesare, il quale espropriò per largo tratto la zona, demolendo gli edifici esistenti tra cui il tempio della Pietà, per cui venne ampiamente criticato.

Augusto riprese il progetto, procedendo a nuovi espropri per ampliare la superficie ed erigere un edificio più grande. Probabilmente completato già nel 17 a. C. quando venne utilizzato in occasione dei ludi secolari, fu dedicato nel 13 o 11 a.C., dandogli il nome di Marcello, il nipote dell'imperatore, destinato alla successione, morto a Baia nel 27 a. C..

Fu restaurato da Vespasiano nella scena e da Alessandro Severo. Ancora in funzione probabilmente nel IV secolo, successivamente subì delle trasformazioni strutturali.

Data la posizione elevata nei pressi del fiume, in un punto in cui era facile il guado, fu mutato in fortezza di proprietà dei Pierleoni e dei Fabi.

Nel '500 Baldassarre Peruzzi eresse il palazzo tuttora esistente per conto dei Savelli che due secoli dopo venne acquistato dagli Orsini. La parte inferiore, corrispondente alle strutture romane, fu acquisita negli anni '30 dal Comune di Roma, scavata e restaurata dopo aver proceduto ad un'opera di radicale liberazione dell'area. Il Teatro di Marcello era una grandiosa costruzione dal diametro di 130 m., in cui era realizzato in forma compiuta il teatro di tipo romano: un edificio completo provvisto di una salda unità architettonica, non vincolato da alcuna esigenza topografica o orografica come il teatro greco.

La cavea di forma semicircolare era su sostruzioni: muri semianulari e radiali in blocchi di tufo, in opera reticolata e in laterizio, formavano l'intelaiatura sulla quale si appoggiavano le gradinate in marmo bianco. In pianta i muri curvilinei dividono tre zone: l'esterna corrispondente all'ambulacro esterno; la seconda riservata ai fornici con funzioni differenziate ogni sei, che garantivano gli accessi ai vari livelli; la terza costituita da ambienti non illuminati, molti dei quali probabilmente erano magazzini.

L'ambiente d'asse della sottocavea aveva la volta ricoperta di stucchi bianchi a tondi e ottagoni arricchiti da figurine.

All'esterno era concluso dalla facciata ricurva in travertino a triplice ordine di cui si conservano per la maggior parte i due inferiori ad arcate su pilastri con semicolonne doriche e ioniche, mentre il superiore era a parete piena con paraste corinzie.

Le chiavi d'arco dei due piani inferiori erano decorati da maschere colossali marmoree riferentesi a tragedia, commedia e dramma satiresco.

La cavea, non scavata, era suddivisa radialmente in sei zone, orizzontalmente in tre, oltre la proedria in basso. La capienza è stata calcolata di 15.000 posti, 20.000 in caso di necessità.

Dai frammenti pertinenti al teatro. della Pianta marmorea di Roma antica conosciamo altri elementi; l'orchestra di forma semicircolare era accessibile da parodoi rettilinee.

La scena, di modesta profondità, con prospetto probabilmente rettilineo, decorata da colonne e statue di marmi bianchi e colorati, era fiancheggiata dalle due aule o parasceni a triplice navata e completata alle spalle da una grande abside eretta contro le eventuali inondazioni del Tevere.

Il teatro era coperto con velario. È noto dalle fonti che vi erano 36 vasi bronzei per facilitare l'acustica.