Ένα από τα σημαντικότερα μνημεία της Λέσβου αλλά και του αρχαίου κόσμου ευρύτερα. Συνδέεται με την επέκταση της αρχαίας Μυτιλήνης στην στεριά. Η πρώτη φάση του χρονολογείται στα πρώιμα ελληνιστικά χρόνια. Σήμερα σώζεται στη τελευταία οικοδομική του φάση. Το πεταλόσχημο κοίλο, διαμέτρου 107 μ., σκαμμένο στον εύθρυπτο ηφαιστιογενή βράχο, υπολογίζεται ότι χωρούσε 10.000 περίπου θεατές. Ήταν καλυμμένο από μαρμάρινα εδώλια, από τα οποία κανένα δε βρέθηκε στη θέση του. Η ορχήστρα είναι κυκλική, με διάμετρο 24 μ. Ήταν κατασκευασμένη από πατημένο χώμα πάνω στο διαμορφωμένο βράχο. Περιβάλλεται από στηθαίο, κτισμένο με ξερολιθιά. Η όψη του τοιχίου ήταν καλυμμένη με ορθομαρμάρωση, στερεωμένη με ασβεστοκονίαμα. Το σύνολο είχε επίστεψη από ενεπίγραφες μαρμάρινες πλάκες. Στο δυτικό μέρος της ορχήστρας υπάρχουν δύο καμαροσκέπαστα δωμάτια, σκαμμένα στο βράχο του κοίλου. Τη σκηνή φαίνεται ότι αποτελούσαν τέσσερις χώροι, με διαδρόμους ανάμεσά τους. Σπαράγματα αρχιτεκτονικών μελών δείχνουν ότι στο χώρο του θεάτρου υπήρχαν και άλλα οικοδομήματα, εξέδρες, βωμοί κλπ.