L'anfiteatro era costituito da un anello ellittico su cui poggiavano le gradinate dove sedevano gli spettatori, con al centro l'arena dove si combatteva; realizzato in cementicium, ovvero frammenti di pietra e mattoni legati da malta e sabbia pozzolana, al visitatore si presentava con due file sovrapposte di 55 arcate rette da pilastri, quelli inferiori, in mattoni, quelle superiori, invece, alternavano mattoni a blocchi di calcare bianco.
Nell'arena si entrava attraverso almeno due entrate monumentali, poste ad Ovest e a Est, interamente rivestite di pietra bianca. Nel suo insieme l'edificio non era lussuoso ma consentiva alla città di avere il suo luogo per vedere i combattimenti di gladiatori, uno dei divertimenti irrinunciabili per un cittadino romano.
Con la crisi e la caduta dell'Impero romano l'anfiteatro perse la sua funzione e nel VI secolo d.C., durante la guerra tra Goti e Bizantini, venne probabilmente utilizzato dagli Ostrogoti come fortezza, murandone le arcate, per resistere all'assedio delle truppe del generale bizantino Narsete.
Successivamente nel Medioevo i resti dell'anfiteatro vennero utilizzati come base per nuove costruzioni, e nel corso dei secoli divenne abitazione, un carcere e magazzino per il sale finché tra il 1830 e il 1839 Lorenzo Nottolini provvide al restauro e alla creazione della piazza attuale.
