Le Terme della Rotonda sono delle strutture termali di epoca romana, datate al I-II secolo d.C. e site nel centro storico di Catania. Sul sito sorse pure una chiesa di probabile origine bizantina, intestata alla Vergine Maria. La singolare struttura architettonica della chiesa che vi si ricavò, una grande cupola, sorretta da possenti contrafforti, posta su un ambiente quadrato, fece sorgere l'appellativo di Rotonda al complesso ecclesiastico, spesso indicato col toponimo de La Rotonda nelle planimetrie Cinque e Secentesche. In passato, la chiesa era nota con il nome di Pantheon e gli antiquari secenteschi locali (come il Giovanni Battista de Grossis e Ottavio D'Arcangelo) ritenevano essere questo un pantheon molto antico, che, a loro dire, avrebbe addirittura funto da modello al più celebre edificio di Roma.

La struttura termale è stata solo di recente chiarificata, come un grande complesso di edifici quadrangolari connessi tra loro e seguenti uno stesso orientamento. Tra essi emerge una grande sala absidata - forse un frigidarium - orientata in direzione nord-sud, databile alla prima fase vitale delle terme, a cui si appoggia sul lato est un grande ambiente ad ipocausto, ricco di numerose suspensurae che dovevano reggere un pavimento mosaicato di cui pure si è rinvenuta qualche sporadica traccia, identificabile come calidarium. Le dimensioni di quest'ultimo lo riconducono alla monumentalizzazione dell'area. In un secondo momento (intorno al V-VI secolo d.C.), venne ripartito in più ambienti di minori dimensioni, mentre a ovest della grande sala absidata si apre un vasto ambiente pavimentato in grandi lastre marmoree, su cui si rinvennero diverse tombe, alcune realizzate distruggendo il pavimento stesso. A sud si aprono diversi altri ambienti appartenenti alla fase di II-III secolo, come due pavimenti ad ipocausto, pertinenti a piccoli ambienti circolari adibite a saune, e forse un tepidarium. Altri ambienti quadrangolari proseguono a nord, all'interno dell'edificio della chiesa, che in parte si appoggia alle strutture romane.

La struttura più appariscente è tuttavia quella dell'ex chiesa di Santa Maria della Rotonda. L'ambiente, in pianta quadrata, presenta due aperture - una a sud, con un portale in calcare del Cinquecento, l'altro a ovest, in pietra lavica del Duecento - e due aree presbiterali ad esse corrispondenti: un presbiterio quadrato in forma di triclinium, circondato da angusti corridoi che fungono da deambulacro si apre verso nord, mentre a est un piccolo catino absidale di cui rimane una porzione dell'alzato. All'interno del vano quadrato dell'edificio ne è ricavato uno in forma circolare, dal diametro di 11 metri e chiuso a cupola, mentre da esso si aprono nei quattro angoli del quadrato altrettanti nicchioni che funsero da cappelle, messe in comunicazione con l'ambiente circolare da arconi in pietra lavica. Sopra la cupola, un singolare lucernaio ad archetto faceva forse da piccolo campanile, mentre a decorazione dell'esterno si poteva osservare fino agli anni '40 del XX secolo una merlatura tutto intorno al suo perimetro. A est della struttura si aprivano alcuni ambienti, un tempo sagrestia della chiesa, danneggiati dai bombardamenti aerei e ricostruiti nell'ultima campagna di lavori per ricavarne un piccolo ambiente per l'organizzazione delle visite.

Della decorazione pittorica di quella che fu la chiesa rimangono poche tracce. Le più antiche identificate rappresentano i Santi vescovi Leone e Nicola, a decorazione degli stipiti dell'arco ovest del presbiterio; una Madonna in Trono sulla parete orientale dello stesso ambiente; una Madonna in Trono con Bambino. Tali affreschi si possono identificare quali appartenenti al periodo compreso tra il XII e il XIV secolo. Al XVIII secolo invece risalirebbero gli altri affreschi: nel presbiterio parti di un ciclo rappresentanti l'Annunciazione e la Natività e, sulla volta, l'Assunzione della Vergine al cielo; nei triangoli d'imposta della cupola sono i Santi Pietro, Paolo, Agata, Lucia e gli Evangelisti Luca, Matteo, Marco, Giovanni; sulle pareti che chiudevano le arcate pure vi erano diverse figure prima dei lavori degli anni '50 del Novecento, tra queste si riconosce Sant'Omobono.