[1]​[2]​[3]​ El gimnasio de Ptolomeo fue construido en el período helenístico hacia 224/223 a. C. Construido por una donación de Ptolomeo III Euergetes, en cuyo honor recibió su nombre.

En agradecimiento, los atenienses establecieron el festival Ptolemaias y un sacerdocio asociado en honor de Ptolomeo, y una nueva tribu ateniense, la13.ª llamada Ptolemais, que recibió un demo llamado Berenicidas,en honor de Berenice, la esposa de Ptolomeo.

Entre los más famosos se encuentra el fundador de la llamada Nueva Academia, el escéptico Carnéades, que enseñó en el gimnasio en el siglo I a. C. El edificio fue supuestamente dañado o destruido en un ataque de Sila en el 86 a. C. Fue restaurado hacia el 30-20 a. C. El edificio fue destruido por un ataque al templo en 200 a expensas de Juba II.

Una teoría es que se habría situado en algún lugar de la zona comprendida entre las actuales calles Lysíou y Prytaneíou, al este o sureste de la posterior ágora romana.

[1]​ El gimnasio contaba probablemente con dos pistas para correr, un paradromis en un espacio abierto y una estoa, un xystos cubierto en un edificio con columnatas.