To 2ο αι. μ.Χ., πιθανότατα στα χρόνια του αυτοκράτορα Αδριανού, ένα δεύτερο θέατρο κτίστηκε στην περιοχή του ιερού του Ολυμπίου Διός, το οποίο μετασκευάστηκε κατά τον 4ο αι. μ.Χ. Το ρωμαϊκό θέατρο του Δίου έχει πεταλόσχημη ορχήστρα με διάμετρο περίπου 20 μ. και χωρητικότητα περίπου 5000 θεατών.

Ένας διάδρομος πλαισιώνει περιμετρικά το κοίλο. Από τον διάδρομο αυτό ξεκινούν ακτινωτά τοίχοι, που κατευθύνονται στο κέντρο του οικοδομήματος σχηματίζοντας δεκατέσσερις καμαροσκέπαστους χώρους σε ακτινωτή διάταξη. Οι χοανοειδείς καμάρες υποβάσταζαν τις εικοσιτέσσερις σειρές εδωλίων του κοίλου, που χωριζόταν με τρεις κλίμακες σε τέσσερις κερκίδες. Tο σωζόμενο κάτω μέρος του κοίλου είναι κτισμένο με μεγάλους γωνιόλιθους, που καλύπτονταν με ζώνη καταληπτήρα πάνω από τον οποίο συνεχιζόταν η κατασκευή με αργούς λίθους και ζώνες πλίνθων. 

Το σκηνικό οικοδόμημα, το οποίο σώζεται στο επίπεδο της θεμελίωσης, ήταν ανεξάρτητο από το κοίλο και τις παρόδους του θεάτρου. Το ευρύχωρο προσκήνιο ήταν μεγαλύτερο σε μήκος από τη σκηνή και είχε πέντε ανοίγματα. Ήταν διακοσμημένο με μαρμάρινα αρχιτεκτονικά μέλη, ορθομαρμάρωση και γλυπτά. Από τα αγάλματα μόνο ένα άγαλμα Ερμή με κηρύκειο στο αριστερό χέρι και τμήμα αγάλματος θωρακοφόρου αυτοκράτορα βρέθηκαν σε καλή κατάσταση.