Già in precedenza occupato dai sepolcri di alcuni uomini illustri, lo storico greco Strabone descrisse il monumento come "un grande tumulo presso il fiume su alta base di pietra bianca, coperto sino alla sommità di alberi sempreverdi; sul vertice è il simulacro bronzeo di Augusto e sotto il tumulo sono le sepolture di lui, dei parenti, dietro vi è un grande bosco con mirabili passeggi".

Il Mausoleo con il suo diametro di 300 piedi romani (circa m 87) è il più grande sepolcro circolare che si conosca. Il monumento si componeva di un corpo cilindrico rivestito in blocchi di travertino, al centro del quale si apriva a sud una porta preceduta da una breve scalinata; in prossimità dell’ingresso, forse su pilastri, erano collocate le tavole bronzee con incise le Res Gestae, ovvero l'autobiografia dell'imperatore, il cui testo è trascritto sul muro del vicino Museo dell'Ara Pacis.

Nell’area antistante erano collocati due obelischi di granito, poi riutilizzati uno in piazza dell'Esquilino, alle spalle di S. Maria Maggiore (1587), l’altro nella fontana dei Dioscuri in piazza del Quirinale (1783).

Varie ipotesi di ricostruzione del monumento sono state proposte sulla base dei resti conservati e dei disegni realizzati nel XVI secolo da Baldassarre Peruzzi. Su di un basamento alto circa m 12 si elevava, impostato su una delle murature anulari più interne, un secondo ordine architettonico coronato da una trabeazione dorica, di cui vari elementi sono stati rinvenuti nell’area del monumento. Su questa altissima struttura svettava, a 100 piedi romani di altezza (circa 30 metri), la statua di Augusto in bronzo dorato, probabilmente l'originale bronzeo della statua in marmo rinvenuta nella villa di Livia a Prima Porta.

Attraverso un lungo corridoio d'accesso, il dromos, si giungeva alla cella sepolcrale, di forma circolare, con tre nicchie rettangolari ove erano collocate le urne. La nicchia di sinistra, ospitava le ceneri di Ottavia, sorella dell’imperatore e di suo figlio Marcello, successore designato di Augusto prematuramente morto nel 23 a.C. Augusto fu forse sepolto nell'ambiente ricavato all'interno del nucleo cilindrico centrale. All’interno del sepolcro vennero deposte le ceneri dei membri della famiglia imperiale: il generale Marco Agrippa, secondo marito di Giulia figlia di Augusto, Druso Maggiore, i due bimbi Lucio e Gaio Cesare figli di Giulia, Druso Minore, Germanico, Livia, seconda moglie di Augusto, Tiberio, Agrippina, Caligola, Britannico, Claudio, e Poppea, moglie di Nerone; quest'ultimo fu invece escluso dal Mausoleo per indegnità, come già Giulia, la figlia di Augusto. Per breve tempo il Mausoleo ospitò le ceneri di Vespasiano e infine di Nerva e dopo oltre un secolo dall'ultima deposizione si riaprì per ospitare le ceneri di Giulia Domna, moglie dell'imperatore Settimio Severo.