Το ωδείο των Μεγάλων Θερμών χρονολογείται στα τέλη του 2ου αι. μ.Χ. και είναι το τελευταίο από μια σειρά κτιρίων θεαμάτων στην ιερή » πόλη του Δίου. Ήταν μια μικρή στεγασμένη θεατρική αίθουσα, χωρητικότητας 400 περίπου θεατών, η οποία φιλοξενούσε διάφορες εκδηλώσει όπως απαγγελία, μουσική, χορό, μικρές θεατρικές παραστάσεις, παντομίμα, διδασκαλία κ.α Οι εξαιρετικά επιμελημένες κατασκευές του, ο σχεδιασμός του ο οποίος βασίστηκε στο συνδυασμό γεωμετρικών χαράξεων με εγγεγραμμένα τετράγωνα και ισόπλευρα τρίγωνα και η χρήση ξύλου, για την επένδυση της ορχήστρας και των βαθμίδων του κοίλου, δεν αφήνουν καμία αμφιβολία ότι αρχιτέκτονας απασχολήθηκε ιδιαίτερα, τόσο με την αισθητική και τη λειτουργικότητα όοο και με τη βελτίωση της ακουστικής . Το κτήριο εμφανίζει τα βασικά αρχιτεκτονικά στοιχεία των αρχαίων θεάτρων: ορχήστρα, κοίλο με ημικυκλική διάταξη των καθισμάτων και ακτινωτές κλίμακες, παρόδους και υποτυπώδη σκηνή.
Δύο ισχυροί ομόκεντροι ημικυκλικοί δακτύλιοι όριζαν το κοίλο. Ο εσωτερικός χαμηλότερος και ο εξωτερικός υψηλότερος δακτύλιος, ενώνοταν μεταξύ τους με ακτινωτούς τοίχους, επάνω στους οποίους στηρίζονταν σφηνοειδείς καμάρες. Στο κεκλιμένο επίπεδο, που δημιουργούσαν οι καμάρες, στηρίζονταν οι βαθμίδες των καθισμάτων. Στο πάνω μέρος στην περίμετρο του κοίλου υπήρχε κιονοστοιχία η οποία είχε διακοσμητικό ρόλο, υποβοηθούσε στη στήριξη της ξύλινης στέγης και επιπλέον έδινε τη δυνατότητα στήριξης συρόμενων πετασμάτων, η χρήση των οποίων θα βελτίωνε πολύ σημαντικά την ακουστική του χώρου.
Οι τέσσερις μικροί μονολιθικοί κίονες που βρέθηκαν στο χώρο της ορχήστρας ανήκαν στη διακόσμηση της μικρής υποτυπώδους σκηνής. Οι κίονες αυτοί σε συνδυασμό με τις θύρες του τοίχου της σκηνής δημιουργούσαν ένα μόνιμο σκηνικό.
Το κτήριο καταστράφηκε στα μέσα του 3ου αι. μ.Χ. από ισχυρό σεισμό. Τα αρχαιολογικά ευρήματα μαρτυρούν ότι το σεισμό ακολούθησε μεγάλη πυρκαγιά και το κτήριο δεν ξαναχρησιμοποιήθηκε στο μεγαλύτερο μέρος του.
Το πρόγραμμα των εργασιών αποκατάστασης που πραγματοποιήθηκε είχε στόχο τη συντήρηση και στερέωση των οικοδομικών λειψάνων, την ενίσχυση και. εξασφάλιση στατικής επάρκειας της τοιχοποιίας, την προστασία έναντι των παραγόντων διάβρωσης και την αποκατάσταση της μορφολογικής συνέχειας για την καλύτερη κατανόηση της αρχιτεκτονικής του μνημείου.