La ville gallo-romaine de Burdigala pourrait avoir construit cet amphithéâtre à l'occasion du passage de Caracalla en Aquitaine. Les vestiges de mur sont en opus mixtum, alternant avec régularité de petits moellons de pierres blanches et des lits de briques, appareil employé entre la fin II et le III siècle.
On présume que l'amphithéâtre fut incendié lors des grands raids des Francs sur la Gaule en 275/276. Les chroniqueurs indiquent qu'il aurait brûlé pendant deux jours, ce qui est compatible avec la présence de gradins en bois. Il fut ensuite laissé à l'abandon.
Il constitua un refuge de truands et de prostituées au XVII siècle, puis devint un dépotoir de « boues et de bourriers ».
Sous la Révolution, le monument devint une carrière publique et le terrain fut vendu par lots. On démolit des parties d'ouvrage monumentales (porte Est notamment) pour permettre un accès aisé aux lots en créant deux voies en croix traversant le site.
À partir de 1800, la collectivité publique prit des mesures pour stopper la dégradation de l'édifice et interdit toute nouvelle mutilation. Confortées en 1864, les murailles subsistantes furent classées monument historique en 1911.
