Het amfitheater werd tussen 27 v.Chr. en 68 n.Chr. gebouwd, toen de stad een regionaal centrum werd onder de naam Pietas Iulia. Het gebouw kreeg de naam arena doordat de binnenplaats met zand (Latijn: arena) werd bedekt. Het werd gebouwd langs de Via Flavia, de heerweg die liep naar Aquileia en Rome.

Oorspronkelijk werd het gebouwd in hout. Dit werd vervangen door een klein stenen amfitheater tijdens de regeerperiode van keizer Claudius I. In 79 n.Chr., onder Vespasianus, werd het gebouw vergroot om gladiatorengevechten te kunnen organiseren. Twee jaar later, onder Titus, was het afgewerkt. Het amfitheater bleef in gebruik tot de vijfde eeuw, wanneer keizer Honorius gladiatorengevechten verbood. Het duurde echter tot 681 dat gevechten tussen veroordeelden en wilde dieren niet meer toegelaten was.

Vanaf de vijfde eeuw begon de lokale bevolking de stenen te plunderen. Acht eeuwen later verbood de patriarch van Aquileia verdere afbraak van het gebouw.

In de Middeleeuwen werd de binnenkant gebruikt voor begrazing, toernooien van de Orde van Malta en markten. In 1538 stelde de senaat van de Republiek Venetië voor om de arena af te breken en het herop te bouwen in Venetië. Deze voorstellen werden echter afgeslagen. Op een steen op de tweede toren wordt tegenwoordig de tegenstand van senator Gabriele Emo herdacht.

In 1709 werd steen uit het gebouw gebruikt voor de fundamenten van de klokkentoren van de Kathedraal van Pula. Het was de laatste keer dat stenen uit de arena werden weggehaald.

Auguste de Marmont, de Franse gouverneur van de Illyrische Provincies, startte de restauratie van het amfitheater. Dit werk werd voortgezet in 1816 door de architect uit Ticino Pietro Nobile, die dit als opdracht had gekregen van keizer Frans I van Oostenrijk.

In 1932 werd de arena geschikt gemaakt voor theaterproducties, militaire ceremonies en publieke evenementen. Tegenwoordig heeft het amfitheater een capaciteit van 7.000 tot 12.500 personen.