Le Terme di Diocleziano, che costituiscono il più grande complesso termale di Roma, furono erette nella zona tra Viminale e Quirinale, a ridosso della stazione ferroviaria Termini.
Per costruire il complesso furono abbattuti numerosi palazzi sia pubblici che privati; i lavori incominciarono nel 298 su commissione dell'imperatore Diocleziano e terminarono nel 306 d.C.
Le Terme furono realizzate in mattoni su un'area rettangolare di circa 140.000 metri quadrati e potevano essere utilizzate da tremila persone contemporaneamente.
L'enorme edificio termale comprendeva un complesso centrale con ambienti per bagni caldi o tiepidi e piscina di acqua fredda, in parte conservati, disposti lungo l'asse minore, e palestre ai lati dell'asse maggiore, con un ampio recinto circostante adibito a giardino. In esso si aprivano esedre ( sale per conferenze), ambienti rettangolari (biblioteche ) e aule circolari agli angoli, trasformate poi nella chiesa di S. Bernardo alle Terme e in un ristorante con cinema all'aperto.
L'attuale Piazza della Repubblica riprende la forma della grande esedra delle Terme, di fronte alla quale si disponevano calidarium, tepidarium e "basilica" (aula centrale), trasformati poi da Michelangelo (1563-66), per volere di Pio IV, nella chiesa di S. Maria degli Angeli, notevole per le sue otto colossali colonne monolitiche in granito rosso in origine appartenenti alle Terme, con annesso convento.
La struttura era rivestita di marmi e mosaici, ricca di sculture, vasche di granito e la grande vasca monolitica di porfido, attualmente ai Musei Vaticani.
L'impianto fu abbandonato dopo il taglio degli acquedotti per mano dei Goti nel 537: da allora l'edificio divenne una cava di materiali da riciclare.
Nel 1889 il complesso delle Terme e della Certosa divenne sede della sezione di antichità romane del Museo Nazionale.
Al suo interno oggi sono conservate alcune opere d'arte e reperti provenienti da ritrovamenti in questa area urbana. Nel giardino alcuni lavori di restauro hanno portato alla luce materiale di carattere funerario che si presume appartenga fra la fine dell'età repubblicana e l'inizio dell'età imperiale: nel viale d'accesso si possono ammirare sarcofagi e statue funerarie. Al piano superiore il museo ospita testimonianze epigrafiche dell'età imperiale.
Il Museo ha inoltre ereditato collezioni già esistenti, come quella della famiglia Ludovisi e le antichità del Museo Kircheriano.