Il Teatro Anatomico è lo spettacolare proscenio in cui venivano eseguite le dissezioni dei cadaveri per gli studenti di medicina dell’università.
Costruito nel 1637 in legno d’abete da Antonio Paolucci detto il Levanti, allievo del Carracci, si caratterizza per una decorazione barocca e un complesso apparato iconografico: attorno agli spalti, due ordini di statue celebrano i grandi medici: in quella inferiore, a figura intera, i dodici più importanti dottori della storia fino al XVII secolo (Ippocrate, Galeno, ecc.), in quella superiore venti busti dei più insigni anatomisti dello Studium bolognese. Sul soffitto a cassettoni, vi è rappresentato Apollo, nume tutelare della medicina.
L’aspetto più curioso e affascinante del teatro sono le sculture lignee degli Spellati, poste sulla cattedra del lettore, in atto di sorreggere una tribuna con una figura femminile in procinto di ricevere un femore da un putto, simbolo allegorico dell’anatomia.
Gli Spellati colpiscono per il crudo realismo e la precisione anatomica in cui sono evidenziati tendini, muscoli e ossa delle due figure maschili. Il lavoro fu eseguito nel 1734 da Silvestro Giannotti, ma il progetto originario fu di Ercole Lelli, che prese come modelli veri scheletri umani messi in posa. Il successo di tale lavoro fu tale che Papa Benedetto XIV gli affidò la realizzazioni di alcuni modelli anatomici in cera, con la rappresentazioni dei diversi strati muscolari, oggi conservati nel Museo di Palazzo Poggi.

Il Teatro fu in parte distrutto nel corso dei bombardamenti di guerra nel 1944, e ricostruito recuperando le varie parti di legno dalle macerie.