Tra il 2001 e il 2006, nell’ambito di un piano di recupero edilizio dell'area che aveva ospitato a partire dalla fine dell'800 gli impianti di produzione della Filanda Bosone furono individuate le strutture pertinenti al teatro romano della città.
Le campagne di scavo della Soprintendenza Archeologia, Belle Arti e Paesaggio delle Marche, proseguite fino al 2006, portarono alla luce due settori adiacenti alla ima cavea (la parte inferiore della gradinata)  a porzioni del piano pavimentale dell'orchestra (recinto centrale in cui si esibiva il coro) con parte della proedria (la prima fila di posti) e ad un probabile accesso al teatro (l'aditus), oltre a una serie di strutture murarie parallele riferibili al proscaenium (boccascena), al pulpitum (palcoscenico) e alla scaenae frons (sfondo architettonico permanente) e la valva regia (la porta centrale della scena).
Le gradinate, in origine almeno una trentina, di cui oggi solo otto superstiti, erano alte all'incirca tra i 30 e i 35 cm e profonde tra i 73 e i 75 cm ed erano costruite in opera laterizia di sesquipedali, (mattoni con lato di un piede e mezzo, corrispondente a poco meno di 45 cm.).
Il frons scaenae raggiungeva in alzato almeno 10 metri, ma è possibile che arrivasse fino a 14 metri, mentre la cavea poteva anche elevarsi al di sopra di questa altezza, nel caso fosse stata dotata della summa cavea (la parte più alta della gradinata). La capienza minima dell'edificio era di almeno 2500- 3000 persone.
Diversi elementi suggeriscono la presenza di un complesso impianto decorativo e architettonico. Su varie porzioni di muri sono infatti ancora conservati lacerti di intonaci dipinti, i cui frammenti furono ritrovati anche negli strati di crollo, mentre in alcune aree rimangono brandelli delle lastre marmoree policrome che costituivano la pavimentazione. In tutta l'area venne raccolta anche una grande quantità di frammenti di lastre in marmo bianco che costituivano il paramento della scaenae frons, a cui sono stati ricondotti anche due frammenti di colonna e un capitello corinzio.
La data di costruzione del teatro non è certa, ma l’inserimento del monumento all'interno di una vasta area centrale a destinazione pubblica, nel nuovo assetto urbano che venne dato a Fano dall'imperatore Augusto, dimostrano l'originaria pianificazione del teatro al momento della rifondazione della città augustea, tra il 31 e il 27 a.C., benchè la sua realizzazione effettiva possa essere avvenuta successivamente, a distanza di qualche decennio da questa data.
Infine un saggio all’interno del più antico corpo di fabbrica della ex Filanda intercettò una serie di muri radiali che costituiscono un criptoportico, riconducibili all’attiguo complesso ritrovato sotto l’ex Chiesa di Sant’Agostino nel 1840.
Tra febbraio e maggio 2021 sotto la direzione della competente Soprintendenza delle Marche questo saggio è stato ripreso confermando l’ipotesi di partenza e ampliando la conoscenza sulla vita della città dall'epoca romana fino all'età medievale.