Les Thermes de Trajan furent construits vers 104 ap. J.-C. sur les ruines de la Domus Aurea et ils furent inaugurés le 22 juin 109 ap. J.-C.
De conception symétrique, ces grands thermes de l’époque impériale ont servi de modèle aux Thermes de Caracalla. L’architecte Apollodore de Damas les orienta pour obtenir la meilleure position par rapport au soleil, comme c’était le cas d’ailleurs pour la plupart des thermes romains. L’ensemble, beaucoup plus grand que les Thermes de Titus , mesurait 330 m sur 315 m (il couvrait environ 10 ha). La partie centrale mesurait 212 m sur 190 m et il faut ajouter la grande exèdre située au Sud.
On pénétrait dans les thermes par un porche situé au Nord qui donnait sur la natatio (piscine d’environ 53,3 m sur 50 m). On trouvait ensuite symétriquement, soit à droite, soit à gauche, une salle ronde et une palestre (gymnase). A l’extrémité Sud se trouvait le caldarium (bain chaud), salle rectangulaire avec trois absides. Au centre de l’ensemble prenait place le frigidarium (bain froid). Le portique du pourtour comprenait différentes salles dont deux bibliothèques. A l’est des thermes, adossée à la colline, une grande citerne-réservoir, appelée aujourd’hui les « Sette Sale », devait servir à l’alimentation en eau de la Domus Aurea, puis à celle des thermes. Il subsiste quelques vestiges des Thermes de Trajan : la grande exèdre, les deux exèdres servant de bibliothèques et l’abside d’une salle du côté Sud.