Η Ροτόντα βρίσκεται βόρεια της οδού Εγνατία, στο ανατολικό τμήμα της παλιάς πόλης και σε μικρή απόσταση από την Κασσανδρεωτική πύλη, της σημερινής πλατείας Συντριβανίου.
Η θεμελίωσή της έγινε στα χρόνια της Ρωμαϊκής Τετραρχίας (τέλη 3ου και αρχές 4ου μ.Χ. αιώνα) από τον Ρωμαίο αυτοκράτορα Γαλέριο.
Οι τοίχοι του ναού αποτελούνται από πέτρα, ενισχυμένη σε κάποια σημεία με τούβλο. Ψηφιδωτά, που παρίσταναν αγίους της πρώτης Ανατολικής χριστιανικής Εκκλησίας (Ανανίας, Ρωμανός, Αρίσταρχος, Κύριλλος, Βασιλίσκος κ.ά.), διακοσμούσαν τις κόγχες, τα τόξα, τα επάνω παράθυρα και τον τρούλο. Επίσης υπήρχε πολύχρωμη ορθομαρμάρωση στους τοίχους μέχρι την βάση του τρούλου. Ο ναός έχει ύψος 29,80 μ. Ένα άνοιγμα στην κορυφή της στέγης αφήνει να περάσει το φως και ο αέρας. Η στέγη κτίστηκε σε 3 επίπεδα. Παρ΄ όλο που στο εξωτερικό του το κτίριο δείχνει βαρύ και ογκώδες, στο εσωτερικό δίνει την αίσθηση του ανάλαφρου, λόγω των πολλών ανοιγμάτων και τόξων. Ακόμα υπήρχαν 8 μεγάλες τετράγωνες κόγχες που καλύπτονταν από ημικυκλικά τόξα. Η κυρίως είσοδος του κτιρίου ήταν κατά μήκος του άξονα προς τα νότια και ξεκινούσε από την νότια κόγχη του. Δίπλα από την είσοδο αυτήν υπήρχαν εκατέρωθεν δύο σκάλες που οδηγούσαν στην στέγη.
Παραμένει ακόμα άγνωστος ο αρχικός προορισμός του ναού. Σύμφωνα με κάποιους ερευνητές ήταν Μαυσωλείο του Γαλερίου ή ναός των Καβείρων ή ναός του Δία. Πιο πιθανή φαίνεται η τελευταία θέση.
Αφού ο Ρωμαίος αυτοκράτορας βαπτίστηκε χριστιανός έγιναν στο μνημείο πολλές τροποποιήσεις, καθώς η Ροτόντα μετατράπηκε σε χριστιανικό ναό (4ος – 6ος αιώνας) και ονομάστηκε ναός των Ασωμάτων. Μια μεγάλη αλλαγή που έγινε τότε ήταν η προσθήκη ενός περιμετρικού στεγασμένου διαδρόμου γύρω από όλο τον ρωμαϊκό κύλινδρο για να μεγαλώσει η χωρητικότητα του εσωτερικού του. Έτσι γκρεμίστηκαν οι τοίχοι των 7 κογχών. Στην δυτική πλευρά χτίστηκε μια νέα είσοδος. Στην νότια είσοδο προστέθηκε ένας προθάλαμος με δύο παρεκκλήσια. Η Ροτόντα αποτελεί ένα από τα πιο καλοδιατηρημένα μνημεία της Θεσσαλονίκης. Το 1590 ο ναός μετατράπηκε από χριστιανικός, σε μουσουλμανικό τζαμί και πάλι σε χριστιανικό ναό, κι έτσι εξηγούνται οι διάφορες φάσεις και προσθήκες στο κτίριο.