L'amphithéâtre, construit au Ier siècle de notre ère, accueillait des spectacles et des jeux du cirque. C'était aussi le lieu de rassemblement annuel des représentants des nations gauloises qui se réunissaient dans la capitale des Gaules pour débattre et échanger mais aussi renouveler leur serment d'allégeance à Rome et Auguste. Ces cérémonies se déroulaient autour de l'autel fédéral, aujourd'hui disparu mais dont certains vestiges sont visibles au musée gallo-romain de Lyon.

C'est ici que périrent, en 177, les premiers martyres chrétiens des Gaules, dont notamment Sainte Blandine et Saint Pothin.

L'amphithéâtre, dont l'existence et l'emplacement sont longtemps restés des hypothèses, a été découvert à l'occasion de travaux lors de la construction du funiculaire de la rue Terme, au milieu du XIXe siècle. Seule une partie a été dégagée et l'ensemble est intégré à l'ancien jardin des plantes.