Ce grand complexe thermal fut construit sous Trajan vers 110 ap. J.-C., époque à laquelle remonte le portrait de Marciana, sœur de l’empereur, découverte à l’intérieur. L’édifice se compose d’une grande cour entourée d’une colonnade faisant office de gymnase (A) et d’un secteur thermal situé dans un entresol : l’apodyterium (vestiaire) (B) était recouvert d’une mosaïque en tesselles noires et blanches représentant des athlètes, tandis qu’une mosaïque polychrome décorait le frigidarium (salle froide) (C), auquel fut ajoutée au IIIe siècle ap. J.-C. une grande piscine avec abside (D). Le secteur sud du complexe était occupé par les salles chauffées (E-G). Au cours du IVe siècle ap. J.-C., une partie de l’aile sud (H) fut transformée en un complexe thermal indépendant, directement relié avec la Via Severiana. Les Terme di Porta Marina furent l’objet d’une série de restaurations jusqu’à l’époque de Théodoric (493-526 ap. J.-C.).