Il teatro antico, addossato al versante meridionale della collina dell’acropoli e costruito con materiali lavici, ha un diametro di 102 metri circa e poteva ospitare almeno 7000 spettatori. Oggi sono visibili la maggior parte della cavea, il margine dell'orchestra e pochi resti della scena. La cavea nel suo complesso poggia su tre alti corridoi con copertura a volta, intesi a facilitare il movimento degli spettatori; la parte mediana e quella inferiore, distinte orizzontalmente in tre sezioni da due passaggi, in senso verticale risultano divise in nove cunei da otto scalette. I sedili sono in calcare, le prime quattro file inferiori del secondo e terzo cuneo, invece, erano ricoperte di marmo, in quanto riservate a personaggi di riguardo. Anche l'orchestra era pavimentata in marmo.

Alle spalle della cavea mediana si innalza un alto muro che la divide dal settore superiore; quest'ultimo consta di poche file di posti ed è servito da due scale appoggiate al muro di cinta del teatro. L'uso della piattaforma al centro di questo settore resta incerto: forse sosteneva un tempietto, come in altri edifici teatrali italici e nordafricani. Nella sua forma attuale, il teatro sembra risalire ai primi decenni del II secolo d. C. Resti architettonici relativi ad almeno due fasi precedenti sono stati però identificati in varie zone del monumento ed assegnati al I secolo d.C. E' probabile, inoltre che il teatro romano si sia sovrapposto ad un teatro greco di età classica, quello in cui Alcibiade avrebbe parlato agli abitanti di Catania durante la guerra del Peloponneso e ad un altro di epoca ellenistica; di questi edifici precedenti appartenenti alla Katane greca nessun resto sicuro è stato però finora identificato. Nell'XI secolo, per volere del conte Ruggero il teatro venne largamente spogliato dei suoi rivestimenti marmorei, che furono adoperati per la costruzione della Cattedrale. Nella seconda metà del XVIII secolo il principe di Biscari iniziò lo scavo del monumento, recuperando tra l'altro iscrizioni, decorazioni marmoree e frammenti statuari (ora esposti nel Museo civico). Negli anni Trenta cominciarono i lavori di demolizione degli edifici che avevano invaso la cavea nel corso dei secoli, operazione non ancora conclusa; negli ultimi decenni inoltre si è proceduto in varie riprese al restauro delle parti in vista del teatro. Nel 1979 e nel 1980 infine le indagini condotte dalla Sovrintendenza Archeologica di Siracusa e dall'Università di Catania, oltre ad elementi utili alla datazione delle diverse fasi di costruzione, hanno messo in luce importanti resti dell'impianto scenico. Situato appena ad ovest del teatro, sorge l'Odeon, anch'esso costruito in pietra lavica. L'Odeon (piccola sala coperta di pianta simile a quella teatrale e destinata ad ospitare esibizioni musicali ed oratorie) venne eretto dopo l'edificio maggiore, ma la sua cronologia, tra II e III secolo d.C., non può al momento essere ulteriormente precisata. Mentre la scena e il suo muro di fondo sono in parte coperte da costruzioni moderne, la cavea è del tutto in vista. Essa è divisa in due parti: quella inferiore consta di tre cunei, con 11 file di sedili e quattro scalini; quella superiore, invece, in cattivo stato di conservazione, poggia su una serie di muri disposti a raggiera. La funzione dei 17 vani formati da questi muri non è chiara, ad essi comunque si accedeva da una serie di strutture ad arco che si aprono sulla facciata. L'orchestra era pavimentata in marmo; la decorazione dell'edificio era fondata sul contrasto tra la pietra lavica (il materiale di costruzione di base) i riporti in mattoni e le decorazioni in marmo.

L'Odeon (piccolo edificio destinato all'esecuzione di musiche e di danze) si trova a ovest del grande teatro. E' anch'esso soffocato dalle alte costruzioni che invadono interamente la scena e che oggi sono utilizzate per sorreggere il fondale dipinto che viene innalzato durante le manifestazioni musicali estive.

La collocazione di un teatro e di un odeon è presente anche in altre città greche e romane; la differenza tra le due strutture consiste principalmente nel fatto che l'Odeon era fornito di una copertura. L'orientamento del piccolo edificio è uguale a quello del teatro e cioè verso l'attuale Via V. Emanuele; differisce, però, il livello della costruzione, infatti l'odeon si trova all'altezza della parte superiore del teatro e cioè la sommità della collina di Montevergine che costituiva l'acropoli di Catania.

L'emiciclo dell'odeon è formato da 18 muri che si allargano in cunei stretti e lunghi all'interno dei quali sono stati ricavati 17 vani ricoperti a volta. L'uso o la funzione di questi vani, che furono restaurati negli anni Sessanta del nostro secolo, non è ancora chiara.

Il materiale da costruzione è costituito, per la maggior parte delle strutture, da pietra lavica; l'orchestra (e cioè lo spazio semicircolare tra la cavea e la scena) è, come si può ancora osservare, pavimentata in marmo. Come nel teatro si usarono i mattoni e il marmo che, accostati ai neri conci di pietra lavica, conferivano alla costruzione la tipica policromia dei monumenti catanesi.