Dieser große Thermalkomplex wurde in der trajanischen Zeit um 110 n. Chr. erbaut. Aus dieser Zeit stammt auch das Porträt von Marciana, der Schwester des Kaisers Trajan, das im Inneren des Komplexes aufgefunden wurde. Das Gebäude besteht aus einem großen, von einer Kolonnade umgebenen Hof, der als Palästra diente (A), und einem auf einem erhöhten Niveau gelegenen Thermalbereich: Das Apodyterium (Umkleideraum) (B) war mit einem schwarz-weißen Mosaik gepflastert, das Athleten darstellte, während ein mehrfarbiges Mosaik das Frigidarium (Raum für kalte Bäder) (C) schmückte, dem im 3. Jh. n. Chr. ein großes Schwimmbecken mit einer Apsis (D) hinzugefügt wurde. Der südliche Teil des Komplexes wurde von den beheizten Räumen (E-G) eingenommen. Im 4. Jh. n. Chr. wurde ein Teil des Südflügels (H) in einen eigenständigen Thermalkomplex umgewandelt, der in direkter Verbindung mit der Via Severiana stand. Die Thermen von Porta Marina wurden bis zur Zeit Theoderichs (493-526 n. Chr.) immer wieder restauriert.