19. yüzyılın ortalarında yeniden keşfedilen Tiyatro'ya ait anlatımlar Avrupa’dan doğuya gelen gezginlerin notlarında görülebilmektedir. 1890’da Th. Bent, 1892'de R. Heberdey ve A. Wilhelm, 1905’te Gertrude L. Bell, 1909 E. Herzfeld ve S. Guyer, 1925’te J. Keil ve A. Wilhelm'in ziyaretleri Tiyatro hakkında önemli verilerin günümüze aktarılmasına sağlamıştır. 1993 yılında Silifke Müze Müdürlüğü tarafından yapıda temizlik ve kazı çalışmaları yapılmıştır. 2001-2006 yılları arasında Diocaesarea’daki Alman yüzey araştırma projesi kapsamında yapı hakkında en kapsamlı belgeleme çalışmaları yapılmıştır. Ancak kazı çalışmaları olmadığı için eldeki verilerle yetinilmek zorunda kalınmıştır. Tiyatro'da 2017 ve 2021 yılında Kültür ve Turizm Bakanlığı ve Mersin Üniversitesi adına gerçekleştirilen kazılarla yapı tamamen açılmış, sahne binasına ait olan blokların hepsinin yerleri tespit edilmiş, orijinal yerlerine göre yeniden düzenlenmiş ve anastylosis çalışmaları gerçekleştirilmiştir.
Diocaesarea Tiyatrosu, güney-batı ve kuzey-koğu yönlü inşa edilmiştir. Bunun sebebi Cavea’nın, bulunduğu kentin hemen güneyindeki yamaca yaslandırılarak konumlandırılmasıdır. Cavea geleneksel Roma tiyatro tasarımı baz alınarak dizayn edilmiştir. Caeva’nın analemma duvarları ile simetrik olarak 180° derecelik bir yay şeklinde tasarlandığı görülmektedir. Cavea, ima ve summa cavea olarak iki bölüme ayrılmıştır. 7 adet cuneus’a bölünmüştür. Ima cavea’da 17 sıra oturma basamağı, summa caveada belirli bölümlerde bir iki sıra, sadece kuzey doğu kısımda ise 6 sıra oturma basamağı korunmuştur. Tiyatro'nun sahne binası 2021 kazıları ile tamamen ortaya çıkarılmıştır. Sahne binasının iki katlı bir yapıya sahip olduğu, Küçük Asya tiyatro geleneğinde yapıldığı anlaşılmıştır. Sahne binasının üç kapı ile bölümlendirildiği, postscaenium duvarının büyük ölçüde korunduğu ve 6 adet pencereye sahip olduğu, postscaenium ve sahne binasına giriş sağlayan yan girişler olan versuaelerin doğuda ve batıda iki adet olduğu görülmüştür.
Yapı bir Roma İmparatorluk Tiyatrosu'dur. Tiyatro'nun yazıtı ile MS 164 yılından itibaren inşa edildiği, MS 4-6 yüzyıllara kadar kullanıldığı, yapıdaki değişimler ve eklemelerle izlenebilir. Tiyatro’nun sahne binası ve caveası üç evreli bir inşa sürecine sahiptir. İlk evre, bir arşitravfriz bloğu üzerindeki yapı yazıtı sayesinde İmparatolar Marcus Aurelius ve Lucius Verus’un Dönemi’ne MS 164/165 yıllarına kesin olarak tarihlenmektedir. Sahne binasının ikinci katının ise Severuslar Dönemi’nde (MS 193-235) yapıldığı saptanmıştır. İki sütuna sahip baş köşe tribünü yapılması, doğu ve batı vomitoriumların yeniden şekillendirilmesi, pulpitumun değiştirilmesi, doğu aditus’un kapatılması, batı aditus’un yeniden şekillendirilmesi, versuaelerin değiştirilmesi ise MS 4-6 yüzyıllarda yapılan değişiklikler olarak karşımıza çıkar. MS 6. yüzyılda (olasıklıka MS 6-7. yüzyıllardaki Suriye-Antakya-Kilikia Depremi ile), sahne binası orchestra içine yıkılmış ve yıkıldığı haliyle günümüze gelmiştir.