Το αρχαίο θέατρο έχει οικοδομηθεί στη φυσική κλιτύ της ακρόπολης του υψιπέδου της Σικυώνος με προσανατολισμό βορειοανατολικό. Μαρτυρείται στις γραπτές πηγές για πρώτη φορά στην εξιστόρηση της δράσεως του Αράτου κατά το έτος 251 π.Χ. (Πλουτάρχου, Άρατος, 8). Στη νεώτερη έρευνα η πρώτη ουσιαστική χαρτογράφηση και σχεδίαση μερών του μνημείου έγιναν από την επιστημονική αποστολή του Μορέως υπό τον Guillaume – Abel Blouet. Η πρώτη ανασκαφή έγινε ήδη από τη δεκαετία του 1880 από την Αμερικάνικη Σχολή Κλασικών Σπουδών στην Αθήνα, η οποία αποκάλυψε το σκηνικό οικοδόμημα, την ορχήστρα, και μέρος από τις κατώτατες σειρές του κοίλου. Εν συνεχεία, το 1954 ο Αναστάσιος Ορλάνδος έκανε καθαρισμούς στο σκηνικό οικοδόμημα, τη βόρεια θολοσκεπή δίοδο και σε ορισμένους θρόνους και εδώλια. Το 1984 η Κ. Κρυστάλλη-Βότση με την Εν Αθήναις Αρχαιολογική Εταιρεία έκανε δοκιμαστικές τομές στο κοίλον. Γεωαρχαιολογική επιφανειακή έρευνα έγινε το 2015 από τους Ch. Haward και Γ. Λώλο.

Η χρονολόγηση της πρώτης οικοδομικής φάσης του λίθινου θεάτρου δεν μπορεί να τοποθετηθεί πριν το τελευταίο τρίτο του 4ου αι. π.Χ. Δεν αποκλείεται να υπήρχε στην περιοχή, πριν την οικοδόμηση του λίθινου θεάτρου, πρωιμότερος χώρος θέασης και θεατρική δραστηριότητα, σχετιζομένη και με λατρευτική δραστηριότητα.

Σκοπός των τελευταίων αρχαιολογικών ερευνών (2014-2019) ήταν η γεωμετρική τεκμηρίωση μερών του θεάτρου, η αποκάλυψη τεκμηρίων χρονολόγησης, η ενδελεχής καταγραφή, αποτύπωση και αποτίμηση όλων των αρχιτεκτονικών στοιχείων των μερών του αρχαίου θεάτρου και η προετοιμασία εκπόνησης μελετών προστασίας, αποκατάστασης και επανάχρησης του μνημείου. Παράλληλα αντιμετωπίστηκαν με ειδικές μελέτες επιμέρους θέματα όπως η διευθέτηση των υδάτων αλλά και η σύνδεση του αρχαίου θεάτρου με τα υπόλοιπα μνημεία της αρχαίας Σικυώνας.