Театр стоїть на місці Міського театру 1856 року (арх. І. Штром), знищеного пожежею. На міжнародному конкурсі переміг проєкт академіка В. Шрьотера; проєкт затвердила Київська міська дума 24 травня 1897 року. Будівництвом керували міський архітектор О. Кривошеєв, з 1899 року — академік архітектури В. Ніколаєв, його помічником був О. Вербицький; в оздобленні брав участь скульптор Е. Сала. Урочисто театр відкрили 15 вересня 1901 року. Меблі виготовила віденська фірма, метласька плитка — Харківська керамічна фабрика.
Неоренесансна споруда з цегляними стінами й металевими фермами над залою і сценою; парадні сходи з білого мармуру, покрівля з листової міді. Криволінійний головний фасад з арками повторює абрис зали; над входом — музи й крилаті грифони. В інтер’єрі зали — маскарони, позолота, ажурний плафон. 1930 року надбудовано поверх з боку вулиці Лисенка; у 1980-х театр капітально реконструювали (Б. Жежерін, В. Юдін; реставрація — «Укрпроектреставрація»), збільшивши сценічну коробку на 5 м. 22 березня 1988 року після реконструкції відбулася прем’єра «Тараса Бульби» М. Лисенка; у центральній арці встановлено бюст Т. Шевченка (ск. О. Ковальов).
10 червня 1917 року тут, на Другому Всеукраїнському військовому з’їзді, проголошено І Універсал Української Центральної Ради. 14 березня 1919 року театр націоналізовано; з 1939 року він носить ім’я Т. Шевченка, з 1994-го — Національна опера України. На сцені ставили «Запорожця за Дунаєм» С. Гулака-Артемовського, «Різдвяну ніч», «Наталку Полтавку», «Енеїду» й «Тараса Бульбу» М. Лисенка, «Катерину» М. Аркаса, «Золотий обруч» Б. Лятошинського, «Пана Каньовського» М. Вериківського. Співали З. Гайдай, Б. Гмиря, Ю. Гуляєв, М. Донець, М. Литвиненко-Вольгемут, І. Паторжинський, О. Петрусенко, Є. Чавдар; працювали диригент С. Турчак, художник А. Петрицький, балетмейстери В. Верховинець і П. Вірський. 1963 року на Театральній площі встановлено пам’ятник М. Лисенку.
1 вересня 1911 року під час вистави в театрі було смертельно поранено голову Ради міністрів Російської імперії П. Столипіна.