Μετά την ίδρυση του Μυστρά τον 13ο αιώνα και τη μεταφορά εκεί του διοικητικού και οικιστικού κέντρου της περιοχής, η περιοχή της Λακεδαιμονίας – όπως λεγόταν η πόλη κατά τους βυζαντινούς χρόνους – σταδιακά εγκαταλείφτηκε και ερημώθηκε.
Η ανίδρυση της σύγχρονης Σπάρτης το 1834 οδήγησε σε νέα φάση καταστροφής του αρχαίου θεάτρου, το οποίο λεηλατήθηκε προκειμένου οι πέτρες του να χρησιμοποιηθούν ως οικοδομικό υλικό για την κατασκευή κτηρίων. Πολύ κρίσιμη για τη διάσωση του μνημείου υπήρξε η απαλλοτρίωσή του το 1875, ύστερα από ενέργειες του καταγόμενου από τη Βαρβίτσα Λακωνίας αρχαιολόγου, Παναγιώτη Σταματάκη.
Η ανασκαφική έρευνα στην ακρόπολη και στο αρχαίο θέατρο ξεκίνησε το 1906 από τη Βρετανική Σχολή Αθηνών και συνεχίστηκε πιο συστηματικά τη δεκαετία του 1920.
Το 1931 το θεατρικό οικοδόμημα υπέστη για μία ακόμα φορά λιθαρπαγή, καθώς πωρόλιθοι από το δυτικό του ανάλημμα χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή της δεξαμενής της πόλης στην κορυφή του λόφου της αρχαίας ακρόπολης. Για να προστατέψει το μνημείο ο επιμελητής αρχαιοτήτων Αδαμάντιος Αδαμαντίου προχώρησε το 1934 στη στερέωση της νοτιοδυτικής του γωνίας με τούβλα.
Μετά από μια διακοπή λόγω του Β΄ Παγκοσμίου Πολέμου η έρευνα σε τμήματα του θεάτρου συνεχίστηκε στις αρχές της δεκαετίας του 1960 από τον αρχαιολόγο Χρύσανθο Χρήστου.
Το 1974 ο αρχαιολόγος της Εφορείας Κλασικών Αρχαιοτήτων Λακωνίας Γεώργιος Σταϊνχάουερ πραγματοποίησε επεμβάσεις για τη διασφάλιση του μνημείου από τα νερά και συγκέντρωσε κάποια από τα αρχιτεκτονικά μέλη του σκηνικού οικοδομήματος στον χώρο της ορχήστρας.
Η Βρετανική Σχολή Αθηνών εργάστηκε στο θέατρο και τη δεκαετία του 1990.
Τότε τα περισσότερα από τα μέλη που είχαν εντοπιστεί κατά τη διάρκεια των ανασκαφών μεταφέρθηκαν και τακτοποιήθηκαν σε πλάτωμα στα ανατολικά του μνημείου. Το 2007 ξεκίνησε το πενταετές πρόγραμμα έρευνας του θεάτρου, σε συνεργασία των πρώην Ε’ Εφορείας Προϊστορικών και Κλασικών Αρχαιοτήτων και 5ης Εφορείας Βυζαντινών Αρχαιοτήτων με τη Βρετανική Σχολή Αθηνών. Στο πλαίσιο του προγράμματος, εκτός από τη διενέργεια διερευνητικών τομών εντός του κοίλου, πραγματοποιήθηκε αποτύπωση του μνημείου και εκπονήθηκε μελέτη για την προστασία του. Ωστόσο, και παρά το διαχρονικό ενδιαφέρον για το θέατρο της Σπάρτης, η ανασκαφική του διερεύνηση παρέμεινε μέχρι τις μέρες μας τμηματική.
Κατά τα έτη 2012 και 2013, υπό την αιγίδα και με τη συνδρομή της Ε΄ Εφορείας Προϊστορικών και Κλασικών Αρχαιοτήτων, εκπονήθηκε η μελέτη αποκατάστασης του θεάτρου, η οποία εγκρίθηκε από το αρμόδιο Συμβούλιο του Υπουργείου Πολιτισμού το 2013. Η μελέτη δρομολογήθηκε ύστερα από σχετική πρωτοβουλία του σωματείου «Διάζωμα» και υπήρξε αντικείμενο χορηγίας από το Ίδρυμα «Σταύρος Νιάρχος». Επικεντρώνεται στο κοίλο, στα αναλήμματα, στην ορχήστρα και στον περιμετρικό αγωγό του θεάτρου (εύριπο) και περιλαμβάνει αρχιτεκτονική και αρχαιολογική τεκμηρίωση, αναπαράσταση του μνημείου, καταγραφή της παθολογίας του και την πρόταση αποκατάστασης.
Εργασίες προστασίας και ανάδειξης πραγματοποιήθηκαν για πρώτη φορά συστηματικά και στο σύνολο του αρχαιολογικού χώρου της ακρόπολης της αρχαίας Σπάρτης από το 2011 έως το 2015 στο πλαίσιο του έργου «Προστασία, Διαμόρφωση, Ανάδειξη και Ενοποίηση Αρχαιολογικών Χώρων της Σπάρτης», που υλοποιήθηκε από την Εφορεία Αρχαιοτήτων Λακωνίας. Τότε, και καθώς είχε ήδη δρομολογηθεί ένα ξεχωριστό έργο στο μνημείο, οι επεμβάσεις στο θέατρο περιορίστηκαν στη διαμόρφωση πλατωμάτων ανάπαυσης και θέασης για τους επισκέπτες και στην τοποθέτηση πινακίδων σήμανσης και πληροφόρησης.