Ce fut le premier théâtre avec des étages de loges superposés, alors que jusque là (comme au Teatro Olimpico de Vicence), on suivait la tradition romaine des gradins en pente semi-circulaires. On y expérimenta aussi pour la première fois la forme ovale, d'un meilleur rendement acoustique.
Théâtre de cour à l'usage des grands-ducs à l'origine, il fut modernisé d'après le projet de Filippo Segher à la fin du XVII siècle et ouvert au public en 1718. Son aspect actuel date de la dernière modernisation réalisée au XIX siècle (1857), avec le majestueux salon de la billetterie aux colonnes de granit de style néo-classique, œuvre de Gaetano Baccani.
Il possède deux salles, la Sala Grande, de 1500 places et le Saloncino, une salle de ball située en haut de l'escalier et utilisée en salle de concert de 400 places depuis 1804.
La grande salle a la forme traditionnelle en fer à cheval avec trois étages de loges surmontés d'un loggione, soutenus par des colonnes et, au centre, la grande loge grand-ducale. Nombreuses sont les dorures, les stucs et les sculptures qui avec les velours vieux rose donnent à l'ensemble une grande élégance.
Le parterre bénéficie d'un système permettant de l'élever au niveau de la scène pour créer une grande salle de bal. À l'arrière, dans une ruelle du XVIII siècle subsiste l'ancienne entrée de service des acteurs et des musiciens de scène.
Il a été déclaré monument national en 1925 et a bénéficié d'encore deux restaurations.