Der Platz befindet sich an der Stelle des ehemaligen Domitian-Stadions, das 85 n. Chr. erbaut und im 3. Jahrhundert unter der Herrschaft von Kaiser Alexander Severus umgebaut wurde. Dieses Stadion, das ursprünglich Circus Agonalis hieß, änderte schließlich seinen Namen von "in agone" in "navone" und dann in "navona". Es war in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet, wie der heutige Platz, und hatte beeindruckende Ausmaße: 276 Meter lang und 106 Meter breit, und es konnte bis zu 30.000 Zuschauer aufnehmen. Nördlich des Platzes sind noch einige Reste der ursprünglichen Struktur zu sehen. Dieses Stadion war Schauplatz der griechischen Leichtathletikspiele, die zusammen mit den Musik- und Reiterspielen den Capitolinum-Wettbewerb zu Ehren des Gottes Jupiter bildeten.

Im Laufe des Mittelalters kam es zu einer allmählichen Zerstückelung der Ruinen des antiken Stadions durch den Bau von Gebäuden, die zunächst zu den umliegenden Straßen hin ausgerichtet waren, sich dann aber dem Platz zuwandten, auf dem sich das Stadion befand.

Seinen Charakter als öffentlicher Platz erhielt der Platz Ende des 15. Jahrhunderts, während der Amtszeit von Sixtus V., einem bedeutenden Stadtplaner Roms, als der Markt, der zuvor auf dem Kapitolshügel abgehalten wurde, hierher verlegt wurde. Unter der Schirmherrschaft von Papst Innozenz X., einem Mitglied der Familie Pamphili, erhielt der Platz sein heutiges barockes Design, einschließlich der Errichtung von Brunnen und der Kirche S. Agnes in Agona sowie des Palazzo Pamphili. Während des Jubiläumsjahres 1650 feierte der Papst auf diesem Platz die Ostermesse, was viele Menschen anlockte und den Platz zu einem Symbol des Barocks in Rom machte.

Der Markt, der früher auf diesem Platz stattfand, wurde 1869 auf den Campo de' Fiori verlegt. Im Laufe der Jahre war der Platz Schauplatz von Theatervorstellungen und Pferderennen. Seit 1652 wurde dank des Mäzenatentums der Familie Pamphili jeden Samstag und Sonntag im August der zentrale Teil des Platzes geflutet, indem die Abflüsse der drei Brunnen geschlossen wurden, wodurch der so genannte "See der Piazza Navona" entstand. Diese Tradition wurde im Jahr 1866 eingestellt.

Die längliche Form des Platzes spiegelt den Verlauf des antiken Domitian-Stadions wider, wobei die ursprünglichen Abmessungen und sogar die Krümmung im nördlichen Teil beibehalten wurden, während die umliegenden Gebäude auf den ehemaligen Tribünen des Stadions stehen.

Das herausragendste Merkmal des Platzes sind die drei imposanten, mit Skulpturen geschmückten Brunnen, die sich über die gesamte Länge des Platzes erstrecken. Der auffälligste ist der Brunnen der vier Flüsse (Fontana dei Quattro Fiumi) in der Mitte, ein barockes Werk, das zwischen 1648 und 1651 von Papst Innozenz X. bei Gian Lorenzo Bernini in Auftrag gegeben wurde. Dieser Brunnen stellt die vier damals bekannten großen Flüsse dar: den Nil (Afrika), den Ganges (Asien), die Donau (Europa) und den Rio de la Plata (Amerika). An der Spitze des Brunnens befindet sich der 17,6 m hohe Obelisk des Domitian, der aus dem Maxentius-Zirkus an der Via Appia gebracht wurde.

Die beiden anderen Brunnen befinden sich an den beiden Enden des Platzes: am nördlichen Ende die Fontana di Nettuno, die von Giacomo della Porta entworfen wurde, obwohl die Statuen von Neptun und den Nereiden aus dem 19. Jahrhundert stammen, und am südlichen Ende die Fontana del Moro, die ebenfalls von della Porta entworfen und später mit der Skulptur des Mohren und des Delphins von Bernini verziert wurde.