Η αγορά των αυτοκρατορικών χρόνων έχει δύο κύριες οικοδομικές φάσεις, στα μέσα του 2ου και στα μέσα του 3ου αιώνα μ.Χ. Πρόκειται για ένα συγκρότημα σε σχήμα "Π", αποτελούμενο από δύο συνεχόμενες πλατείες, με είσοδο από τη βόρεια πλευρά (σημερινή οδό Ολύμπου). Αποτελείται από τρεις κιονοστήριχτες πτέρυγες, με κίονες κορινθιακού ρυθμού στο ισόγειο και ιωνικού στον όροφο, ενώ στο βάθος υπήρχε μια ζώνη με διάφορα δωμάτια. Στη νότια πλευρά της αγοράς και εξαιτίας της φυσικής κλίσης του εδάφους κατασκευάστηκε διπλή ημιυπόγεια θολοσκεπής στοά (cryptoporticus), η οποία στήριζε την κανονική κορινθιακή στοά. Πιθανόν λειτουργούσε ως δημόσια αποθήκη, ενώ αργότερα χρησιμοποιήθηκε ως αποθήκη των καταστημάτων της αγοράς. Τα καταστήματα που υπήρχαν είχαν σχεδιαστεί ήδη από την πρώτη οικοδομική φάση της αγοράς, ωστόσο κατασκευάστηκαν στη δεύτερη φάση της. Ο ελεύθερος χώρος της αγοράς ήταν επιστρωμένος με ορθογώνιες μαρμάρινες πλάκες και ήταν ανοιχτός μόνο από τη βόρεια πλευρά του, από όπου περνούσε ένας από τους βασικότερους δρόμους της πόλης, ''η μέση οδός''. Από τις στοές που πλαισίωναν το χώρο αυτό έχουν αποκαλυφθεί η νότια και η ανατολική στοά, σχεδόν στο σύνολό τους. Η ανατολική στοά που έχει διατηρηθεί καλύτερα διαθέτει ψηφιδωτό δάπεδο, διακοσμημένο με γεωμετρικά σχήματα. Ακόμη βρέθηκαν στη θέση τους βάσεις κιόνων, ένας κίονας και ένα κορινθιακό κιονόκρανο.

Πίσω από την ανατολική πτέρυγα διασώζεται το νομισματοκοπείο, το ωδείο και το αρχείο εγγράφων. Το νομισματοκοπείο της πόλης ταυτίστηκε από τις πήλινες μήτρες μια χρήσης που βρέθηκαν σε έναν κλίβανο, με τις οποίες κατασκεύαζαν πέταλα χάλκινων νομισμάτων με τη μέθοδο του ''χυμένου κεριού''. Η νοτιότερη αίθουσα της ανατολικής πλευράς ήταν το αρχείο εγγράφων, καθώς αποτυπώματα των ξύλινων ραφιών διαπιστώθηκαν στον ανατολικό τοίχο του χώρου αυτού. Στο κεντρικό τμήμα της πλευράς αυτής κατασκευάστηκε το ωδείο που σώζεται σήμερα. Η πρόσβαση γινόταν από πέντε μαρμάρινες θύρες, από τις οποίες οι δύο ακραίες προορίζονταν αποκλειστικά για τους καλλιτέχνες. Κλίμακες οδηγούσαν τους θεατές στο διάζωμα του ωδείου. Η ορχήστρα δεν ήταν ημικυκλική, αλλά τμήμα έλλειψης. Από το δάπεδό της έχουν διασωθεί μερικές μαρμάρινες λευκές πλάκες. Το κοίλο εδράζεται σε καμαροσκέπαστες στοές. Από τα εδώλια διατηρούνται σήμερα επτά σειρές.

Περίπου στο δεύτερο μισό του 3ου αιώνα μ.Χ. η αγορά της Θεσσαλονίκης αποκρυσταλλώθηκε, διαθέτοντας δημόσιους χώρους στις τρεις στεγασμένες πλευρές της. Τα δάπεδα των στοών ήταν τότε στρωμένα με ισχυρό κονίαμα. Έναν αιώνα αργότερα, στα μέσα του 4ου αιώνα μ.Χ., στη δεύτερη οικοδομική φάση της, διακοσμούνται τα δάπεδα με ψηφιδωτά, ενώ παράλληλα επισκευάζονται και τμήματα των κιονοστοιχιών. Στα χρόνια του Ιουλιανού επεκτείνεται το ωδείο και μετατρέπεται σε θέατρο, με τη δημιουργία ενός δεύτερου κοίλου και την επέκταση της σκηνής. Το νέο θέατρο μπορούσε πλέον να δεχτεί 2000-2500 θεατές.

Το συγκρότημα της αγοράς δεν καταστράφηκε από το μεγάλο σεισμό του 7ου αι. μ.Χ., αλλά εγκαταλείφτηκε σταδιακά. Οι μεταγενέστερες προσθήκες στο χώρο της αγοράς είναι πολύ λίγες, συγκεκριμένα εργαστήρια κεραμικής που δημιουργήθηκαν στη βυζαντινή εποχή. Σιγά σιγά επήλθε η υποβάθμιση του χώρου, ενώ κατά την Τουρκοκρατία παραχωρήθηκε το ιστορικό κέντρο σε Εβραίους από την Ισπανία.