Das olympische Theater befindet sich im Inneren des sogenannten Palazzo del Territorio, am östlichsten Teil des Corso Palladio, der Hauptstraße im Altstadtzentrum.
Im Jahr 1580 ist Palladio 72 Jahre alt, als er von der Olympischen Akademie den Auftrag erhält, einen fixen Theatersitz zu entwerfen. Das Projekt inspiriert sich ganz offen an den von Vitruvio beschriebenen römischen Theatern: ein ovaler Zuschauerraum mit Treppen und von Säulen umgeben sowie Statuen auf dem Fries, eine rechteckige Bühne und ein majestätisches Proszenium auf zwei architektonischen Ordnungen, durch drei Bögen geöffnet, in deren Inneren sich Ädikulas und Nischen mit Statuen sowie Felder mit Basisreliefs befinden.
Palladio bereitete nur wenige Monate vor seinem Tod den Entwurf vor, den er nicht mehr umgesetzt sehen sollte; so wird sein Sohn Silla die Ausführung übernehmen und das Theater 1583 an die Stadt übergeben.
Die erste Aufführung findet anlässlich des Karnevals 1585 statt: Sophokles’ König Ödipus mit Bühnenbild von Vincenzo Scamozzi, welcher auf perfekte Weise die sieben Straßen von Theben wiedergibt. Der Effekt ist so gut gelungen, dass die Holzüberbauten schließlich fixer Bestandteil des Theaters werden.
Die Nachricht über das neue Theaters beginnt sich von Venedig über Restitalien aus zu verbreiten und löst Bewunderung aus: die Verwirklichung des humanistischen Traums, der die klassische Kunst erneut aufleben lässt.