Considerato uno dei più grandi capolavori dell'architetto Andrea Palladio, è anche stata la sua ultima opera.
Il teatro venne richiesto dall'Accademia Olimpica di Vicenza, a fini culturali e scientifici.
La costruzione iniziò nel 1580, l'anno in cui morì l'architetto, ma i lavori proseguirono fino al 1584 basandosi esclusivamente sul suo progetto.
Venne poi inaugurato il 3 marzo 1585 con la rappresentazione dell'Edipo re di Sofocle e i cori di Andrea Gabrielli.
Tutt'ora utilizzato, ha subito solo un restauro conservativo tra il 1986 ed il 1987, ma non è dotato di impianti di riscaldamento o raffreddamento per la paura che potrebbe rovinarsi, quindi gli spettacoli sono prevalentemente primaverili ed autunnali.