La colonna ebbe come modello quella di Traiano, ed era in antico collegata attraverso una scalinata alla via Flaminia sottostante, ed era situata in una posizione più elevata di ca. m. 3,86 dell'attuale. Aveva un basamento altissimo, con sculture su tre lati, che furono distrutte nel 1589 per ordine di Sisto V, che curò un restauro della colonna e vi fece porre alla sommità una statua di San Paolo.
L'altezza del fusto è di m. 29,601 e quella totale di m. 41,951.
Il fregio rappresenta le guerre di Marco Aurelio contro Germani e Sarmati. Anche qui, come nella colonna traiana, la narrazione degli eventi inizia col passaggio dell'esercito romano su di un ponte attraverso il Danubio. A metà è presente inoltre - altra analogia - una Vittoria che divide due serie di episodi (campagne del 172-173 e 174-175).

Vi sono tuttavia importanti differenze con la colonna traiana: l'altezza del fregio è maggiore, le figure meno dense, più staccate le une dalle altre dal fondo, ciò che permette del resto una migliore leggibilità. Il rilievo perde la qualità di raffinatezza compositiva, con la sua notevole complessità di piani e di sfondi, che erano, nel monumento traianeo, un evidente riflesso della tradizione ellenistica. Qui invece assistiamo alla tendenza alla semplificazione e alla schematizzazione, mentre si mira ad animare le superfici con forti contrasti di luce, ottenuti lavorando in profondità col trapano. Una scultura che si potrebbe quasi definire "espressionistica" e che prelude già al linguaggio che si affermerà con forza nel III° sec. (si veda per esempio il rilievo da noi presentato dell'arco di Settimio Severo che presenta un rapporto assai stretto con questi).
La crisi della società romana, che porterà alle violente convulsioni del III° sec., primo segno della impotenza dell'Impero, si riflette fedelmente nella tendenza ad abbandonare i classici equilibri e le sottili raffinatezze formali dell'età adrianea ed antonina, per forme capaci di esprimere contenuti ben altrimenti drammatici: la tetra melanconia di alcuni pensieri di Marco Aurelio è la migliore illustrazione letteraria dell'arte della colonna.

La ricostruzione di età adrianea modificò completamente l'edificio primitivo: mancando lo spazio davanti all'antica facciata (dove nel frattempo erano sorte la basilica di Nettuno e le Terme di Agrippa), essa fu ruotata in direzione nord di 180°. Il pronao attuale venne ad occupare l'area dell'edificio primitivo, mentre tra questo e la basilica di Nettuno sorse la grande rotonda.

In antico la facciata non era infossata come ora, ma si alzava su alcuni gradini, mentre la piazza antistante, molto più lunga dell'attuale e circondata da portici, impediva la vista della cupola: l'edificio aveva così l'aspetto di un normale tempio canonico, e il visitatore doveva esser colto dalla sorpresa dell'inaspettata pianta circolare dell'interno.

Il grande portico colonnato (largo m. 33,10 e profondo m. 15,50) ha una facciata composta da colonne monolitiche di granito (due delle quali, a sinistra, sostituite nel '600 con colonne delle Terme Neroniane), con capitelli e basi di marmo bianco. In corrispondenza della prima, terza, sesta e ottava colonna si susseguono in profondità altre due colonne, che formano così tre navate: più larga quella centrale, che conduce all'ingresso, più strette le laterali, che si concludono con due grandi nicchie per le statue di Augusto e di Agrippa. Il frontone era forse decorato da un'aquila con una corona. La rotonda poggia su un anello di calcestruzzo largo m. 7,30 e profondo m. 4,50. Il muro cilindrico che sorregge la cupola, spesso m. 6, è costituito da tre settori sovrapposti, segnati dalle cornici. La muratura si va alleggerendo man mano che si sale verso l'alto: in particolare nella cupola, dove vengono utilizzati lapilli vulcanici. All'interno sono visibili lungo il perimetro otto nicchie, alternatamente rettangolari e semicircolari, che separano otto giganteschi piloni, i quali a loro volta sono incavati da un vano semicircolare, con un passaggio all'esterno.