Aceste terme au avut dimensiuni enorme, asemănător tuturor realizărilor din construcții de pe vremea domniei lui Traianus. Au fost, practic, un complex de plăceri și de baie, care urma a deschide seria de mari terme din Roma antică, pe lângă sutele băi de mică dimensiune care împânzeau orașul. In momentul edificăă aceste terme au fost ce le mari din lume. Partea lor centrală (structurile termale propriu-zise) măsura 190 X 212 metri (40.280 mp), iar partea periferică 330 X315 metri (10 hectare). Numai comparând aceste dimensiuni cu cele ale Termelor Lui Titus, se constată gigantismul lor. In termeni utili, tremele lui Traianus puteau folosi mai mult de 700 de metri Cubi de apă.
Lucrările la aceste terme au început în anul 104 și s-au terminat în anul 109 e.N, în cursul calendelor lui iulie. Construcția a ocupat o suprafață foarte apropiată de Termele lui Titus, spre sudul micii coline Oppius, la periferia, de atunci, a zonei celei mai populate și în interiorul Zidului servian. Au ocupat mare parte din ruinele palatului Domus Aurea al lui Nero. Arhitectul lucrării a fost Apolodor din Damasc, arhitectul de curte al lui Traianus.
Termele au fost folosite atât de bărbați cât și de femei pe o perioadă îndelungată, fiind abandonate abia în anul 537 e.N, după ce vizigoții, conduși de Vitiges, au distrus apeductele de alimentarte cu apă ale Romei. In Roma se retrăsese generalul bizantin Belizarie, venit să cucerească Italia cu forțe foarte mici. Pentru a se apăra până la sosirea unor ajutoare, Belizarie a distrus și el din apeducte pentru a inunda șanțul de apărare al Romei și a îngreuna asalturile inamice. Acel an poate fi socotit anul încetării funcționării tuturor marilor terme din Roma și intrarea într-un ev mediu inimaginabil de murdar pentru persoană și colectivitate.
Locul aplasării Termelor lui Traian fusese ocupat anterior de palatul grandios al lui Nero, Domus Aurea. După sinuciderea aceluia, împărații Flavieni, Vespasianus, Titus și Domitianus au căutat să construiască peste acel palat alte forme de arhitectură. Impăratul Traianus a acoperit ultimele urme ale palatului cu o plat-formă pe care a construit termele sale. Deoarece acesta au servit ca model pentru viitoarele complexe de băi pe parcursul perioadei imperiale, ele pot fi considerate dret un exemplu foarte important al începutului arhitecturii romane imperiale.
Complexul urmărește o axă nord-sud, cu edificiul principal fixat la peretele de nord-est. Orientarea era contrară altor edificii similare, dar s-a sugerat că ea fusese aleasă de arhitect pentru a maximiza exptnerea la soare.
Intrarea se făcea părin partea de nord, printr-o structură ce se asemăna cu Propileele de tip grecesc. Dincolo de intrare se ajungea la piscina (natatio) cu dimensiuni în jur de 53,3 metri și 50 de metri, care era un spațiu fub cer liber și avea o apă la temperatura ambiantă sau rece.
In interiorul complexului, edificiul era înconjurat de un larg teren cu gazon. Băile se compuneau din piscine, printre care și tepidarium (spațiu cald și primul vizitat de cei ce veneau la baie), din caldarium (piscină cu apă caldă și atmosferă uscată, semănând cu spațiu de saună modern), din frigidarium (piscină utilizată după cele două precedente) și din gymnases și apodyteria (vestiare). Complexul de baie avea un sistem de treceri subterane și de spații pentru sclavii și muncitorii care întrețineau instalațiile. Tot subteran se găsea și un imens rezervor, cu o capacitate de 8 milioane de litri de apă, care supraviețuit până azi, numit vente Sette (cele șapte camere). Acest obiectiv a aparținut, într-o anumită formă palatului lui Nero și a fost adaptat termelor. El stoca o mare parte din apa folosită de terme. Exista o mare exedră la sud, în partea din față a termelor. Două exedre serveau biblioteca (sud-est și sid-vest), iar un nimfeum completa exedra la nord-est. Se găseau numeroase spații adâncite în zidărie care serveau ca bibliotecă și loc de păstrare al pergamentelor și manuscriselor.
Deși termele au fost împrumutate de greci, ca element de lux și rafinamet, ele au fost ridicate pe cele mai înalte trepte ale perfecțiunii și bogăției de către romani.