La construction du théâtre, au sein d'un complexe médiéval préexistant, a été commandée à Palladio par l'Académie Olympique pour la mise en scène de comédies classiques. Sa construction commença en 1580 et fut inaugurée le 3 mars 1585, après la création des célèbres scènes fixes de Vincenzo Scamozzi. Ces structures en bois sont les seules de la Renaissance à nous être parvenues et sont également dans un excellent état de conservation.