La sala, llamada Teatro por su característica forma de anfiteatro, fue diseñada en 1637 para las clases de anatomía por el arquitecto boloñés Antonio Paolucci, conocido como Levanti, alumno de los Carracci. Estaba revestido de madera de abeto y decorado con dos órdenes de estatuas que representaban a doce médicos famosos (Hipócrates, Galeno, Fabrizio Bartoletti, Girolamo Sbaraglia, Marcello Malpighi, Carlo Fracassati, Mondino de' Liuzzi, Bartolomeo da Varignana, Pietro d'Argelata, Costanzo Varolio, Giulio Cesare Aranzio, Gaspare Tagliacozzi) y a veinte de los más famosos anatomistas del Estudio boloñés. La silla del lector, que domina la del manifestante, está flanqueada por dos estatuas llamadas "Spellati", esculpidas en 1734 según un diseño de Ercole Lelli, que servían para visualizar el cuerpo humano, como un libro abierto. Sobre el dosel, una figura femenina sentada, alegoría de la Anatomía, recibe como regalo de un putto alado no una flor, sino un fémur. La sala de anatomía quedó muy dañada en el bombardeo que destruyó esta ala del edificio el 29 de enero de 1944, y fue reconstruida inmediatamente después de la guerra reutilizando las esculturas de madera originales, afortunadamente recuperadas de las ruinas. Es uno de los teatros anatómicos más antiguos que se conservan.
