Aktivisterna stod på en båt, en vaporetto, och hällde ut det kraftiga färgämnet fluorescein i vattnet, vilket omedelbart färgade en sträcka av Canal Grande grönt.
Det skedde ingen trafikstörning och inga miljöbrott har konstaterats, rapporterar Corriere del Veneto. Alla 37 deltog dock i en otillåten demonstration och fick banderoller och instrument beslagtagna.
Samtidigt framförde ett femtontal aktivister en performance vid Rialto, klädda i rött och med vitmålade ansikten. Ett rött banderoll med texten "Stop the ecocide" togs senare i beslag.
Regionpresident Luca Zaia fördömer aktionen.
– Ännu en handling som sårar våra städer, ett nytt angrepp mot hjärtat av vårt arv. Jag fördömer bestämt dessa räder, det är inte med vandalism man försvarar miljön, säger Zaia enligt Corriere del Veneto.
Liknande Extinction Rebellion-protester genomfördes samtidigt i flera andra italienska städer. Av de 37 identifierade i Venedig var 34 italienare och två utlänningar som bötfälldes för att ha stört båttrafiken. Polisen överväger nu ytterligare vistelseförbud.
