La plaza se encuentra en el sitio que anteriormente ocupaba el Stadium de Domiciano, construido en el año 85 y sometido a restauraciones durante el siglo III bajo el reinado del emperador Alejandro Severo. Este estadio, originalmente conocido como Circus Agonalis, con el tiempo cambió su nombre de "in agone" a "navone" y luego a "navona". Su orientación era norte-sur, al igual que la actual plaza, y tenía unas dimensiones impresionantes: 276 metros de longitud por 106 metros de ancho, pudiendo acomodar a una audiencia de hasta 30,000 personas. Algunos restos de la estructura original todavía se pueden apreciar al norte de la plaza. Este estadio fue el escenario de los juegos atléticos griegos, que junto con los eventos musicales y ecuestres formaban el Certamen Capitolinum en honor al dios Júpiter.

A lo largo de la Edad Media, se produjo una fragmentación gradual de las ruinas del antiguo estadio, con la construcción de edificios que inicialmente se orientaban hacia las calles circundantes, pero luego se volvieron hacia el espacio donde se encontraba el estadio.

La plaza adquirió su carácter de espacio público a fines del siglo XV, durante el papado de Sixto V, un destacado urbanizador de Roma, cuando se trasladó aquí el mercado que previamente se celebraba en el Capitolio. Bajo el patrocinio del Papa Inocencio X, miembro de la familia Pamphili, la plaza adoptó su diseño barroco actual, incluyendo la construcción de fuentes y la iglesia de Santa Inés en Agona, así como el Palazzo Pamphili. Durante el Jubileo de 1650, el Papa celebró la misa de Pascua en esta plaza, atrayendo a multitudes y convirtiendo la plaza en un símbolo del estilo barroco en Roma.

El mercado que solía realizarse en esta plaza se trasladó al Campo de' Fiori en 1869. A lo largo de los años, la plaza ha sido escenario de representaciones teatrales y carreras de caballos. Desde 1652, gracias al patrocinio de la familia Pamphili, cada sábado y domingo de agosto, la parte central de la plaza se inundaba cerrando los desagües de las tres fuentes, creando lo que se conocía como el "Lago de la Plaza Navona". Esta tradición se suspendió en 1866.

La forma alargada de la plaza refleja la pista del antiguo Stadium de Domiciano, manteniendo sus dimensiones originales e incluso la curvatura en la zona norte, mientras que los edificios circundantes se erigen en lo que solían ser las gradas del estadio.

El elemento más sobresaliente de la plaza son las tres imponentes fuentes adornadas con esculturas que se extienden a lo largo de ella. La más destacada es la Fuente de los Cuatro Ríos (Fontana dei Quattro Fiumi) en el centro, una obra barroca encargada por el Papa Inocencio X a Gian Lorenzo Bernini entre 1648 y 1651. Esta fuente representa los cuatro grandes ríos conocidos en ese momento: el Nilo (África), el Ganges (Asia), el Danubio (Europa) y el Río de la Plata (América). En la cima de la fuente se encuentra el obelisco de Domiciano, que mide 17,6 metros y fue traído desde el circo majenciano en la vía Apia.

Las otras dos fuentes se encuentran en los extremos de la plaza: en el extremo norte, la Fontana di Nettuno, diseñada por Giacomo della Porta, aunque las estatuas de Neptuno y las nereidas son del siglo XIX, y en el extremo sur, la Fontana del Moro, también diseñada por della Porta y posteriormente adornada con la escultura del moro y el delfín, creados por Bernini.