En 27 a.C. Agripa, ministro de Augusto, construye en el Campo de Marte el Panteón, dedicado a todos los dioses como glorificación de la gens Iulia. Es un templo con un gran pórtico y una cella transversal. La obra sufrirá numerosos avatares, entre ellos un terremoto en el año 80, lo que obliga a numerosas restauraciones.
Por todo ello, en el año 118 el emperador Adriano encarga al arquitecto sirio Apolodoro de Damasco su reconstrucción de nueva planta. Los cambios serán absolutos, desde el pórtico, que cambia su orientación, hasta la nueva cella circular, que supone una concepción de espacio interior totalmente novedosa. Ésta se corresponde con la nueva sensibilidad religiosa que se está
difundiendo (lo que explica su conversión posterior en iglesia), en la que la esfera simbolizará oportunamente el cosmos y al mismo tiempo el absoluto. Lo único que perdurará, por deseo del propio Adriano, será la inscripción que recuerda al fundador inicial, que todavía hoy se lee en el friso: “Marco Agripa, hijo de Lucio, lo hizo en su tercer consulado”.
El conjunto se levantaba sobre un podio, hoy desaparecido. El Pórtico es octástilo, de orden corintio, con tres intercolumnios de profundidad, y organizado en tres naves, la central más ancha.
Las columnas exteriores son de granito gris, y las interiores rosa. Los laterales terminan en sendos ábsides que contendrían las estatuas de Augusto y de Agripa. Entre los dos se abría la gran puerta de bronce. El pórtico se cubre con bóvedas de cañón decoradas con casetones. El frontón doble, escalonado, se decoraba con relieves de bronce dorado, reutilizados siglos después por el gran Bernini.
El interior es un cilindro de 43,20 m de diámetro por 21,60 m. de altura, del que arranca una semiesfera de 21,60 m. de radio: contiene así una esfera perfecta, cuyo punto inferior estaría en el centro del pavimento. Los muros se dividen en dos pisos separados por una cornisa. La parte inferior alterna nichos semicirculares y rectos, articulados por columnas y pilastras corintias. Entre los nichos se sitúan edículos cubiertos con frontones rectos o curvos. El nicho principal, opuesto al ingreso, está cubierto por bóveda de horno. La parte superior, más alterada, presenta una sucesión regular de pilastras y huecos que dan a un corredor superior. La cúpula se compone de cinco anillos de 28 casetones cada uno, de tamaño decreciente. Cada casetón incluye otros tres, pero se trazan desde el centro de la base, y no desde el centro de la esfera, con lo que se obtiene una distorsión perspectiva que da a la cúpula un aspecto aéreo, abierto. Este efecto es reforzado con la abertura circular de 8,72 m. de diámetro, que es la única fuente de iluminación. El pavimento de mármol es todavía el original, y forma una colorista composición de cuadrados y círculos.
Lo más llamativo de este templo es la magnitud de su bóveda, de las mayores que se construyeron antes del siglo XIX. Su construcción fue muy compleja. La apariencia de apoyarse en un muro cilíndrico macizo de 7,30 m. de anchura es engañosa: en realidad todo el peso gravita sobre ocho grandes machones de hormigón, con bloque de piedra incluidos en la masa. Entre ellos, arcos ciegos de descarga distribuyen las cargas, aligerándolas sobre los nichos radiales. El conjunto forma un gran anillo de compresión que recoge el empuje de la cúpula. Ésta también se construye con hormigón, y se va adelgazando progresivamente, conforme se alcanza más altura. Asimismo la densidad del cemento es menor: se sustituye la piedra por fragmentos de ladrillo, y finalmente por piedra pómez. Los anillos escalonados que recubren al exterior la cúpula compensan el empuje hacia fuera de la cúpula con un empuje hacia abajo.