La place est située sur l'emplacement de l'ancien stade de Domitien, construit en 85 après J.-C. et rénové au IIIe siècle sous le règne de l'empereur Alexandre Sévère. Ce stade, connu à l'origine sous le nom de Circus Agonalis, a finalement changé de nom, passant de "in agone" à "navone", puis à "navona". Orienté nord-sud, comme la place actuelle, il avait des dimensions impressionnantes : 276 mètres de long sur 106 mètres de large, et pouvait accueillir jusqu'à 30 000 personnes. Quelques vestiges de la structure d'origine sont encore visibles au nord de la place. C'est dans ce stade que se déroulaient les jeux athlétiques grecs qui, avec les épreuves musicales et équestres, constituaient le concours Capitolinum en l'honneur du dieu Jupiter.

Tout au long du Moyen Âge, les ruines du stade antique ont été progressivement fragmentées, avec la construction de bâtiments qui donnaient d'abord sur les rues environnantes, mais qui se tournaient ensuite vers l'espace où se trouvait le stade.

La place a acquis son caractère d'espace public à la fin du XVe siècle, sous la papauté de Sixte Quint, éminent urbaniste de Rome, lorsque le marché qui se tenait auparavant sur la colline du Capitole a été déplacé ici. Sous le patronage du pape Innocent X, membre de la famille Pamphili, la place adopta son aspect baroque actuel, avec notamment la construction de fontaines et de l'église Sainte-Agnès d'Agona, ainsi que du palais Pamphili. Lors du Jubilé de 1650, le pape y célébra la messe de Pâques, ce qui attira les foules et fit de la place un symbole du style baroque à Rome.

Le marché qui se tenait sur cette place a été déplacé sur le Campo de' Fiori en 1869. Au fil des ans, la place a été le théâtre de représentations théâtrales et de courses de chevaux. Depuis 1652, grâce au mécénat de la famille Pamphili, tous les samedis et dimanches d'août, la partie centrale de la place était inondée en fermant les canalisations des trois fontaines, créant ainsi ce que l'on appelait le "lac de la Piazza Navona". Cette tradition a été abandonnée en 1866.

La forme allongée de la place reflète le tracé de l'ancien stade de Domitien, conservant ses dimensions originales et même la courbure dans la partie nord, tandis que les bâtiments environnants s'élèvent sur ce qui était les tribunes du stade.

L'élément le plus remarquable de la place est constitué par les trois imposantes fontaines ornées de sculptures qui s'étendent sur toute la longueur de la place. La plus importante est la fontaine des quatre fleuves (Fontana dei Quattro Fiumi) au centre, une œuvre baroque commandée par le pape Innocent X à Gian Lorenzo Bernini entre 1648 et 1651. Cette fontaine représente les quatre grands fleuves connus à l'époque : le Nil (Afrique), le Gange (Asie), le Danube (Europe) et le Rio de la Plata (Amérique). Au sommet de la fontaine se trouve l'obélisque de Domitien, qui mesure 17,6 mètres et a été transporté du cirque de Maxence sur la voie Appienne.

Les deux autres fontaines se trouvent aux deux extrémités de la place : au nord, la Fontana di Nettuno, conçue par Giacomo della Porta, bien que les statues de Neptune et des Néréides datent du XIXe siècle, et au sud, la Fontana del Moro, également conçue par della Porta et ornée plus tard de la sculpture du Maure et du dauphin, réalisée par le Bernin.