Obiekt powstał z inicjatywy papieża Innocentego X na ruinach starożytnego stadionu Domicjana. Stadion został zbudowany na Polu Marsowym w roku 86. Przeznaczony był do rozgrywania konkurencji atletycznych typu greckiego – tak zwanych „agoni”. Jego rozmiary (54 × 276 m) zostały zachowane przy projektowaniu zabudowy placu. Fragmenty ruin stadionu (część trybun) są zachowane w piwnicach budynku w północnej części placu. Nazwa placu najprawdopodobniej pochodzi od zniekształconego wyrażenia in agone
W roku 1477 papież Sykstus IV przeniósł tutaj z Kapitolu targ, który działał w tym miejscu do około 1867. Tradycja targu jest aktualnie podtrzymywana w grudniu w formie straganów z ozdobami i upominkami świątecznymi.
Aktualną zabudowę piazza Navona zawdzięcza papieżowi Innocentemu X, który powierzył Francesco Borromini sporządzenie projektu rozbudowy pałacu i kościoła Sant'Agnese in Agone. Kościół zastąpił kaplicę z IV wieku zbudowaną w miejscu jej męczeńskiej śmierci (jej grób znajduje się w bazylice Sant'Agnese fuori le Mura). Budowa kościoła trwała w latach 1652–1670.