Ubicato a nord del Teatro romano, l’edificio, noto come Terme della Rotonda, ha oggi ingresso sulla stretta omonima via che sale verso la parte alta della collina, acropoli della città antica. Gli scavi, determinati subito dopo il secondo conflitto mondiale dalla necessità di intervenire nell’edificio gravemente danneggiato dai bombardamenti aerei, furono diretti da Guido Libertini che individuò al di sotto dei livelli pavimentali strutture di età tardo ellenistica, intese come pertinenti ad un più antico edificio termale. 

Lo scavo e l’analisi delle murature in elevato gli permisero di riconoscere la presenza di rimaneggiamenti di epoca tardo imperiale, e di fare risalire al VI secolo d.C. il momento in cui l’edificio, che è il calidarium, o forse il laconicum, di un grande complesso termale, fu riusato come chiesa. Consacrata alla Madonna Assunta, come dice lo storico Vito Maria Amico, essa ebbe a subire diverse trasformazioni: ad età medievale risale la porta ogivale aperta sul fianco settentrionale e la merlatura aggiunta ai muri esterni, mentre sarebbe di epoca tardo rinascimentale la porta del lato sud. 

Dell’antico edificio termale rimane oggi una sala a pianta circolare inscritta in un quadrato, movimentata all’interno da esedre, coperta da una grande cupola. L’adattamento dell’edificio a chiesa cristiana è identificabile nei resti del pavimento posto alla stessa quota delle due nuove porte, nell’adattamento di una delle esedre in altare maggiore e delle due laterali in cappelle. Sono tuttora visibili sulle loro pareti tracce di dipinti, mentre sulle pareti che guardano il centro della sala sono ancora in posto porzioni degli affreschi di età barocca che, in parte danneggiati dai bombardamenti, furono rimossi per mettere in luce la muratura antica.

Nella tradizione locale la Rotonda era conosciuta col nome di Pantheon e molti eruditi catanesi erano convinti che essa, originariamente luogo di culto pagano, fosse servita da modello per l’omonimo tempio romano. Per primo il Principe di Biscari riconobbe nel monumento un edificio termale ed in tale opinione fu seguito dai numerosi viaggiatori che lo descrissero, come J. Houel, e dagli studiosi che successivamente se ne occuparono.