Das antike Theater von Mytilene befindet sich am westlichen Hang des heutigen Hügels von Agia Kyriaki, in der Nähe der Innenmauern der antiken Stadt, im westlichen Teil ihrer Erweiterung, die während der hellenistischen und römischen Zeit stattfand. Es ist nach Osten ausgerichtet und bietet einen Panoramablick auf die Stadt, ihre beiden Häfen und die gegenüberliegende kleinasiatische Küste. Die erste Phase des antiken Theaters von Mytilene geht auf die zweite Hälfte des 4. Jh. v. Chr. zurück, die monumentale Gestaltung der zweistöckigen Bühne auf das 2. Jh. v. Chr., und die Umwandlung in eine Arena auf die römische Zeit. Es zählt zu den bedeutendsten Theatern der Antike, da es laut Plutarch im 1. Jh. v. Chr. von Pompejus kopiert wurde und das Vorbild für die stabilen, steinernen römischen Theater bildete.

Die neuesten Ausgrabungen an der Stätte wurden zwischen 2012 und 2015 im Rahmen des Projekts „Konsolidierung der archäologischen Stätten der Stadt Mytilene“ durchgeführt, während die interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen der Ephorie für Altertümer von Lesbos und der Architekturabteilung der Polytechnischen Universität von Bari, Italien, deren Ziel eine möglichst weitgehende archäologisch-architektonische Dokumentation und Restaurierung des Denkmals ist, bis heute fortgesetzt wird. Anhand der Untersuchungsergebnisse und der erhaltenen architektonischen Elemente lässt sich das Bild des antiken Theaters von Mytilene bis zu einem gewissen Grad rekonstruieren.

Das trichterförmige Koilon (Zuschauerbereich) mit einem Fassungsvermögen von mindestens 10.000 Zuschauern wurde am Westhang des Hügels errichtet, wo 64 Reihen von Steinsitzen aufgestellt wurden. Sie wurde durch zwei Gänge in drei Abschnitte unterteilt: den unteren, den mittleren und den oberen Abschnitt. Zwei starke Stützmauern, die nach dem isodomen System errichtet waren, begrenzten die östlichen Enden, an denen sich die Durchgänge für den Zugang der Zuschauer befanden.

Senkrechte Treppen ermöglichten den Zugang zu den Tribünen und den Steinsitzen des Theaters. Die Sitze verfügten neben dem Hauptsitz, auch über einen Sockel für die Füße der Zuschauer in den hinteren Reihen. Ihre vertikale Vorderseite war mit Reliefs verziert und hatte eine hohle Aussparung, die den notwendigen Platz für die Füße der Zuschauer bot. In den vorderen Sitzreihen befanden sich die Sitze der Würdenträger (Prohedria), von denen einige Inschriften trugen. Es wird vermutet, dass der marmorne beschriftete Thron des Potamon, der sich heute im Alten Archäologischen Museum von Mytilene befindet, von den Sitzen der Prohedria stammt.

Die kreisförmige Orchestra des Theaters, mit einem Durchmesser von etwa 25 m, war aus Erde gebaut. In römischer Zeit, als das Theater in eine Arena umgewandelt wurde, wurden die ersten drei Sitzreihen abgerissen und durch eine Stützmauer ersetzt, die die Zuschauer vor den gewalttätigen Ereignissen in der Arena schützte. Die Brüstung war mit einer Reihe von Inschriften versehen, die die Namen von Priestern, Persönlichkeiten des öffentlichen Lebens und Sponsoren trugen.

Die Durchgänge des Theaters waren unabhängig von der Bühnenstruktur und hatten die Form von zweitürigen monumentalen Toren mit ionischem Giebelschmuck. Im rechteckigen Eingangsbereich vor dem südlichen Durchgang wurde im Mai 2019 ein Heiligtum der Nemesis entdeckt, was durch den Fund einer steinernen Bank für die Ablage von Opfergaben und die Durchführung von Bestattungen, sowie durch den Fund von Votivinschriften, die sich auf Priester und öffentliche, prominente Personen der damaligen Zeit bezogen, belegt wird.

Die Bühne war ursprünglich einfach und hatte ein steinernes Proszenium. In der zweiten Hälfte des 2. Jh. v. Chr. wurde das Bühnengebäude zweigeschossig und erhielt eine monumentale Form. Es war durch zwei Rampen und eine zentrale unterirdische Öffnung in vier Teile geteilt. Im unteren Stockwerk der Bühne befanden sich vier dorische Tempelförmige Vorsprünge in U-Form, während das obere Stockwerk drei ionische Vorsprünge mit dreieckigem Pediment aufwies.

In späteren Zeiten wurden architektonische Teile des Theaters demontiert und als Baumaterial für mittelalterliche und osmanische Bauwerke, aber auch für Häuser der Flüchtlingssiedlung von Mytilene nach der kleinasiatischen Katastrophe wiederverwendet. Heutzutage ist das antike Theater von Mytilene für die Öffentlichkeit zugänglich und beherbergt außerdem ausgewählte kulturelle Veranstaltungen.