Nella Valle Murcia che si stende tra il Palatino e l'Aventino si svolsero gare equestri dal tempo dei Tarquini che introdussero a Roma questo sport, diffuso da tempo in Etruria; sul luogo sorse fin dal 493 a.C., secondo la tradizione, un tempio a Cerere (Magna Mater).
Attrezzato in origine con impianti in legno, il circo ebbe nel 329 le prime costruzioni (carceres) in pietra sul lato corto occidentale dal quale prendevano il via le corse dei cavalli; seguì la costruzione della "spina" centrale ornata più tardi dalle "mete" alle estremità, e dall'obelisco di Ramses II, trasportato a Roma da Augusto nel 31 a.C.
In epoca augustea il circo possedeva tre serie di gradinate di cui le due superiori in legno; il palco imperiale costruito da Augusto si trovava nel lato lungo settentrionale, alle falde del Palatino.
Un arco sorgeva all'estremità orientale dal 169 a.C.

Durante il grande incendio del 64 d.C., il Circo Massimo andò completamente distrutto; la ricostruzione ebbe termine solo sotto Traiano nel 104 d.C.: vennero aggiunti portici, altari, edicole, colonne e statue. Tra queste, una della Magna Mater a cavallo di una leonessa. Un secondo obelisco venne collocato sulla spina da Costanzo II.
Il circo, lungo 600 metri, poteva disporre di circa 250.000 posti a sedere. L'affollamento eccessivo provocò talvolta crolli rovinosi nei quali trovarono la morte migliaia di spettatori.