L'arc, recouvert de marbre du Pentélique, n'est composé que d’une seule arche contre trois pour les arcs de Septime Sévère et de Constantin par exemple. Il est large de 13,50 mètres, haut de 15,40 mètres et profond de 4,75 mètres. La voûte atteint 8,30 mètres de haut et 5,36 mètres de large. Chaque façade est ornée de deux paires de colonnes engagées dans les deux piliers de l'arc. Leurs fûts sont cannelés et les chapiteaux sont d'ordre composite avec des volutes et des feuilles d'acanthe. Les colonnes se dressent sur des piédestaux carrés et encadrent de petites niches rectangulaires creusées dans les piliers.
La partie supérieure, l'attique, est haute de 4,40 mètres. C'est sur l'attique qu'est gravée l’inscription qui est préservée seulement du côté oriental. Le sommet de l'arc était orné d'un groupe statuaire en bronze comprenant un quadrige tiré par des éléphants dans lequel se trouvait l'empereur déifié.

L’inscription figurant sur la face orientale est gravée en capitales (quadratæ), des points médians séparant les mots. La qualité du tracé des lettres en a fait un modèle pour l’alphabet latin épigraphique, au même titre que l’inscription de la colonne Trajane. À l’origine, les cavités sont occupées par des lettres de bronze, disparues de nos jours.

Le texte peut être traduit par : « Le sénat et le peuple romain pour le divin Titus Vespasien, Auguste, fils du divin Vespasien ». L'expression DIVO TITO montre que Titus est décédé lors de l'édification de l'arc puisque l'adjectif divo (« divin ») n'est utilisé que pour parler de défunts. Les trois premiers mots latins : SENATVS POPVLVSQVE ROMANVS sont abrégés le plus souvent en SPQR.

L'arc est érigé peu après la mort de Titus en septembre 81 après J.-C. pour commémorer la prise de Jérusalem et la destruction du Second temple de Jérusalem.

Les statues qui décorent l'arc, dont deux éléphants en bronze, sont retrouvées sur la Via Sacra entre 535 et 536.

L’arc est intégré dans une forteresse des Frangipani au cours du Moyen Âge. Une chambre est construite dans la partie supérieure du passage voûté.

L'édifice est libéré des constructions alentour en 1822 et est reconstruit entre 1818 et 1824 suivant les dessins de l’architecte italien Raffaele Stern ; les travaux sont terminés ensuite par l'architecte Giuseppe Valadier. Ils reconstituent une grande partie de la partie supérieure et la moitié externe des deux piliers avec du travertin. La frise et l’inscription sont donc préservées seulement du côté tourné vers le Colisée.

Les colonnes engagées dans les deux principaux piliers supportent un entablement simple dont la frise est ornée d'un long haut-relief représentant une procession triomphale qui fait tout le tour de l'arc mais dont seule la section du côté oriental a été préservée. À l'extrémité gauche de la section préservée, une figure allongée sur un ferculum porté par trois hommes a été identifiée à une personnification du fleuve Jourdain. Le reste du cortège se compose de diverses personnalités civiles et militaires et d'animaux menés au sacrifice.

Sur le pilier Sud, le bas-relief montre des soldats portant les objets de valeur pris dans le Tabernacle du Second Temple de Jérusalem avant sa destruction. On reconnaît le « Chandelier » à sept branches, la « table des pains de proposition » (une table en bois recouvert d’or où sont placés douze pains saints renouvelés tous les sept jours et que seuls les sacrificateurs peuvent manger) et les trompettes sacrées. Les porteurs du butin passent sous un arc représenté à l'extrême droite du relief, surmonté d’un double quadrige. Il pourrait s'agir de l'arc que Vespasien et Titus ont fait construire dans le Circus Maximus.