Van oudsher heeft in het voormalig badhuis van keizer Diocletianus (Terme di Diocleziano) een van de grootste collecties van oudheidkundig Rome gestaan. In 2017 bestaat het Museo Nazionale delle Terme di Diocleziano, zoals het officiëel heet, 127 jaar. Het museum zelf heeft in 1990 een opknapbeurt gekregen, maar de collectie is sindsdien over verschillende locaties verspreid. In de afgelopen jaren hebbende bezittingen van dit museum een nieuwe plek in Rome gekregen. Mozaïeken, wandschilderingen, sieraden, munten, portretten en enkele standbeelden zijn nu te zien in het Palazzo ex-Collegio Massimo (schuin tegenover de thermen gelegen aan de Piazza del Cinquecento). Voor onder andere de Ludovisicollectie moet je naar het Palazzo Altemps in het centrum van de stad (ten noorden van de Piazza Navona) gaan. De Crypta Balbi concentreert zich vooral op de stedenbouwkundige expansie van het klassieke Rome. Ook het ACEA Centrale Montemartini (gelegen aan de Via Ostiense, metrohalte Garbatella) herbergt sinds een aantal jaren belangwekkende oudheidkundige voorwerpen, hoewel het niet een gemeentelijke instelling is.
Het badhuis (thermen, naar het Griekse woord θερμαί voor warmwaterbronnen) van keizer Diocletianus (reg. 284-303) is in het vlakke deel van de stad aangelegd tussen de heuvels Viminalis en Quirinalis. Voor de bouw moesten enkele straten en woonblokken wijken. Het water werd via een vertakking geleverd door het aquaduct van de Aqua Marcia. Aan de bouw is begonnen in 298, offideel onder Maximianus, ambtgenoot en broer van keizer Diocletianus, die de inwijding van het complex acht jaar later niet meer heeft mogen meemaken.
Het oorspronkelijke bouwwerk had een oppervlakte van 376 bij 361 meter. De hoofdingang lag aan de noordoostelijke zijde, maar er waren ook twee kleinere ingangen (in het noord-westen en zuid-oosten). Het gedeelte dat voor het baden bedoeld was, mat 250 bij 180 meter. Multifunctionele ruimten complementeerden het geheel. Zo is op de Piazza della Repubblica (ook genoemd Piazza Esedra, naar het Latijn exedra, een halfronde uitbouw) de omtrek van de cirkelvormige uitbouw nog tastbaar aanwezig: waarschijnlijk diende deze ruimte met zijn trappen en podia voor vergaderingen en voorstellingen. Deze rondbouw werd geflankeerd door bibliotheken.
Vanuit het plein zie je in het verlengde van de Via Nazionale de muren van de Santa Maria degli Angeli (e dei Martiri) oprijzen, op de plaats waar in de oudheid het feitelijke badgedeelte heeft gestaan. De muren en koepels van de kerk omvatten grotendeels de oorspronkelijke constructie van de thermen. Een kijkje binnen in de kerk geeft de bezoeker een overweldigend gevoel van de ruimtelijkheid die de Romeinse gebruikers van het badhuis moeten hebben ervaren. Het is maar een fractie van de gebruikelijke indeling in warm-, lauw- en koudwaterbaden , aangevuld met een zweetruimte en openluchtzwembad. In het lange gedeelte van de Santa Maria degli Angeli heeft het lauwwaterbad gelegen.
Het badhuis heeft bijna tweeëneenhalve eeuw zijn dienst bewezen, maar raakte na de invallen van de Goten en Hunnen in de tweede helft van de zesde eeuw buiten gebruik. Vitico, de aanvoerder van de Goten, liet bij zijn aanval op Rome in 537 het waterleidingnet afsluiten en Totila de Hun vergat in 546 zijn troepen de opdracht te geven het gebouw te sparen. In de vijftiende en zestiende eeuw waren de restanten ervan nog zo imposant dat het nog vele jaren heeft kunnen dienen als steengroeve voor bouwlustige inwoners van de stad.
Het is aan een besluit van paus Pius IV in 1561 (de pauselijke bul vermeldt als datum 27 juli) te danken dat de huidige kerk met belendend klooster in de overgebleven hallen werd ondergebracht. Michelangelo (het was zijn allerlaatste opdracht) heeft voor de ontwerpen van de binnenruimten getekend; het klooster is ontworpen door Giacomo dcl Duca. Aan de bouw van het klooster achter de Santa Maria degli Angeli is begonnen in 1565 en het ademt de sfeer van kloosters in Midden- en Zuid-Italië. De kloostergangen zijn in het vierkant aangelegd (80 x 80 meter) en hebben een overdekte passage (breedte: 4½ meter). Op de begane grond bevinden zich de vertrekken voor de abt en de cellen van de kloosterlingen, de bovenverdieping (niet bedoeld als woonverblijf) is slechts half zo hoog als de benedenverdieping. In het midden is een tuin aangelegd met een fontein in het midden (eens bevolkt door goudvissen), bereikbaar via diagonale paden vanuit de hoeken van het klooster. Eens heeft naast het klooster het kerkhof gelegen, waar de kloosterlingen hun laatste rustplaats kregen.
Er is gaandeweg nog gesleuteld aan het bouwwerk. Voor de pauselijke graanuitdelingen zijn op last van paus Gregorius XIII in 1575 ten westen ervan de ‘kerkelijke graanschuren’ (horrea Ecclesiae), aangebouwd. Diverse ruimten zijn afgebroken om aan het eind van de zeventiende eeuw plaats te maken voor de Villa Montalto Peretti (onder architect Domenico Fontana). Toen de graanschuren in de negentiende eeuw hun functie verloren, werden in de opengevallen ruimten winkels, eethuisjes en privéwoningen ingericht. Stedebouwkundige vernieuwing na 1870 (het jaar van de éénwording van Italië en Rome’s uitverkiezing tot hoofdstad) heeft ervoor gezorgd dat diverse nieuwe gebouwen en vooral de Via Cernaia grote delen van het complex wegvaagden.
In 1889 heeft de Italiaanse staat besloten het klooster in te richten als centrum van de Romeinse archeologie, wat het begin werd van het Museo Nazionale delle Terme di Diocleziano, op de plek dus van wat eens het majestueuze badhuis van keizer Diocletianus is geweest. Bij de restauratie van het klooster heeft men geprobeerd bijzondere aandacht te schenken aan de oorspronkelijke staat van het gebouw. Hier en daar is men er nog in geslaagd de kleuren en decoraties te herstellen, maar de algemene indruk die het tegenwoordig geeft is er een van triest verval. En dat te bedenken dat hier jaren lang in de overdekte passage topstukken van Romeinse mozaïekkunst werden tentoongesteld. Het zgn. Nijlpaardenmozaïek had hier een plek (het hangt nu op de derde verdieping in het Palazzo Massimo) en ook de inscriptie met het decreet van keizer Augustus dat melding maakt van de eeuwfeesten van het jaar 17 vóór Christus (nu spoorloos of nog steeds in de kratten) kon hier bestudeerd worden. Het hoofdgebouw herbergt nu recentere vondsten die de (vroege) geschiedenis van het antieke Rome en zijn nabije omgeving (Latium) illustreren. De zalen bevatten vooral epigrafische vondsten, zoals fragmenten van het graf van keizer Nero.
De ingang tot het Museo delle Terme wordt gevormd door de hof die uitkomt op de Piazza del Cinquecento (tegenover Stazione Termini). Hier staan allerlei objecten (restanten van zuilen, voetstukken, grafmonumenten, sarcofagen, inscripties e.d.) opgesteld van minder grote waarde, maar wel typerend voor de geschiedenis van Rome. Een inscriptie noemt de naam van de oogarts van keizer Claudius, een andere die van een Bataaf die in de keizerlijke garde heeft gediend.
Recentelijk zijn er meer vertrekken van de antieke thermen opengesteld voor het publiek. Het gaat om de natatio, het gedeelte waar gezwommen kon worden, en de aule (‘zalen’) VIII, IX en XI. Bij de laatste twee zou het gaan om het atrium, de hal die toegang gaf tot het complex, en een cisterne die het water verzamelde dat nodig was voor de natatio. In aula XI is het grote, monochrome mozaïek uit Nero’s villa in Antium (nu Anzio) tentoongesteld, met in het midden een voorstelling van Hercules in gevecht met de riviergod Acheloüs. In een nis in de muur is een mozaïek, gevonden in een graf aan de Via Appia, dat een skelet voorstelt met daaronder de Delfische spreuk γνῶθι σαῦτον (‘ken uzelf’).