Colosseum được xây dựng chủ yếu bằng ba loại vật liệu: đá vôi, gạch và bê tông.
Travertine, loại đá vôi chính được sử dụng, nặng và chắc hơn cả gạch lẫn bê tông. Chúng được cắt từ một mỏ đá cách Rome khoảng 32,2 km, dùng cho các cột và bất cứ nơi nào cần tạo tác chạm khắc đá.
Những phiến đá travertine kích thước lớn được dùng làm bậc thang và hầu hết chỗ ngồi. Cầu thang và ghế ngồi được chế tạo trong những công xưởng quanh Rome, chung kích cỡ nên có thể được trưng dụng bất cứ đâu cần thiết, sau đó vận chuyển tới công trường và lắp đặt.
Nâng những phiến đá travertine nặng vào đúng chỗ là một trong những việc gian nan nhất. Người La Mã sử dụng một cần trục được vận hành nhờ đội ngũ nhân công bước trong bánh xe gỗ khổng lồ. Khi ấy, bánh xe quay và quấn một sợi dây quanh trục. Quy trình này rút ngắn sợi dây, nâng hòn đá tới đúng vị trí mà từ đó thợ xây đủ sức đẩy vào chỗ.
Bê tông tạo nên phần cốt lõi của Colosseum. Chúng được trộn ngay tại công trường. Xử lý bê tông dễ hơn đá hoa cương. Chất liệu này cũng nhẹ hơn đá tảng.
Với những lối đi và hành lang mái vòm, người La Ma dựng khuôn gỗ trước tiên. Sau đó, họ đổ bê tông vào, để chúng cứng lại.
So với trần phẳng, trần cong hình vòm khỏe hơn. Vòm bê tông củng cố công trình, mà lại không quá nặng. Không có bê tông, Colosseum chẳng thể nào có quy mô đến thế.
Gạch chỉ được dùng để trang trí trên các cổng vòm và một số hành lang.
Cột trụ (dạng cột tròn trợ lực) xuất hiện hầu khắp Colosseum. Tuy nhiên, những cây cột phía ngoài thuần mục đích trang trí chứ không có tác dụng nâng đỡ công trình.
Còn phải kể tới 160 bức tượng các vị hoàng đế và thần linh được sơn vẽ trang hoàng ở mặt ngoài đấu trường. Chẳng bức nào giống bức nào. Mỗi pho tượng cao 4,5 m, ngự dưới mái vòm trên tầng hai và ba của Colosseum.
Theo kế hoạch ban đầu, Colosseum chỉ gồm ba tầng gác. Titus, con trai trưởng của Vespasian, quyết tăng một tầng sau khi Vespasian qua đời. Tầng thứ tư không lộng lẫy như những tầng còn khác, bù lại, cho phép nhiều người cùng xem các trò tiêu khiển trên vũ đài.