Ephesos'un iyi korunmuş yapılarının en büyüğü ve en etkileyicisi tiyatrodur. Yaklaşık 100 yıl önce kazısı yapılan tiyatronun kazı ve onarım çalışmalarına bir proje kapsamında 1993 yılında tekrar başlanmıştır. Ephesos tiyatrosu, Bergama ve Miletos gibi batıya bakışımlı tiyatrolardandır. Bu özelliği, oturduğu arazinin topografik yapısından kaynaklanmaktadır. Arazi, auditoriumun oturabileceği bütün özelliklere sahip olup Bergama Tiyatrosu gibi çok dik olmasa da, oldukça meyilli bir strüktüre sahiptir. Ancak, kuzey ve güney analemma duvarının üst cavealara ulaşabilmesi için yapay bir dolguya gereksinim olmuştur. Çünkü, arazi uçlarda hemen hemen sıfırlanmaktadır. Bundan başka caveada yer yer ana kayanın varlığına dair izler korunagelmiştir. Böylece, auditoriumun orta kesiminde sağlam bir zemin oturduğu kolayca anlaşılmaktadır.

Ephesos Tiyatrosu'nun auditoriumu, az rastlanan bir şekilde üç bölümden oluşmaktadır. Bunlar ima, media ve summa cavealardır. Auditorium bütünüyle içbükey bir kesite sahiptir. Bu durum, antik kaynaklar tarafından da bildirilmekte olup amaç, akustik ve optik kusurları gidermektir.

Auditoriumda her birim, daha alt gruplara bölünerek sistematik bir şema oluşturulmuştur. Cavea aralarında iki tane diazoma bulunmakta olup bütün auditorium on iki kerkides, yani basamakla on bir cuneus ya da dilime ayrılmıştır. Ima caveadan sonra, media ve summa caveada kerkideslerin miktarı orantılı olarak artmaktadır; ima caveadaki on iki kerkides'e karşılık, media ve summa cavea da yirmi üç kerkides bulunmaktadır. Tiyatro kendi bünyesi içinde sadece auditoriumda bulunan elli beş bölüme ayrılmıştır. Böyle bir sistemin bir anda yerleşmiş olması beklenmese de tiyatronun, dönemler boyunca yeni isteklere karşılık verecek bir mimari gelişme izlemiş olduğu ortaya çıkmaktadır.

Ephesos Tiyatrosu'nda Hellenistik Dönem özelliği gösteren bu kaplama yöntemi, tiyatronun daha sonraki kullanımlarında da orijinale sadık kalınarak devam etmiştir. Bunula beraber bu kaplama bloklarına in-situ olarak rastlanılmamıştır. Böyle bir sistemin olabileceği, sadece kazı sırasında ele geçirilen kaplama bloklarının parçalarından sanılmaktadır.

Tiyatroda önceden beri bilinen kuzey analemma duvarı üzerinde yer alan bir yazıt önemli bilgiler vermektedir. Bu yazıt yardımıyla, Roma Dönemi'nde auditorium üzerinde bir velum, yani çadır bezinden yapılmış bir güneşlik bulunduğu öğrenilmektedir.

Geç dönemde summa caveanın oturduğu yamacın üzerine bir Bizans kalesinin inşa edildiğine dair önemli kalıntılar bulunmaktadır.

Hellenistik Dönem'de yapımına başlanan tiyatronun sahne binası, ilk dönemlerde Priene ve Assos tiyatrolarının sahne binasına (scenae) benzeyen basit bir yapıya sahiptir. Bu dönemde sahne binası auditoriumdan bağımsız olarak orkestra dairesine neredeyse teğet olacak biçimde batıya doğru inşa edilmiştir. Roma Dönemi'nde ise yapı, yeni gereksinmelere cevap verecek şekilde tekrar ele alınmıştır. Ancak tiyatro'da Roma Dönemi'ne ait iki farklı inşaat evresi bulunmaktadır. Böylece ince uzun bir yapı gösteren Hellenistik sahne binası, önden ve arkadan yapılan eklemelerle daha geniş bir form kazanmıştır.

Orkestra Hellenistik Dönem'de atnalı biçiminde bir plana sahiptir. Orkestranın tabanı ise ince taneli sıkıştırılmış bir toprak katı ile örtülüdür. Roma Dönemi'nde ise orkestra at nalı şeklini yitirerek yarım daire biçimini almıştır.