پیش از دهه ۴۰، در تقاطع ۲ خیابان اصلی پایتخت یعنی پهلوی (ولیعصر) و شاه رضا (انقلاب) کافه ای به نام کافه شهرداری به عنوان دومین مرکز تفریحی تهران وجود داشت. این کافه در اواخر دهه ۳۰ و اوایل دهه ۴۰ یکی از مراکز گردهمایی هنرمندان و روشنفکران شد. افرادی چون فروغ فرخزاد و جلال آل احمد در آن جمع می شدند. فروغ فرخزاد در نامه هایی که حدود سال ۱۳۳۷ نوشته است، از کافه شهرداری و اینکه جای مناسبی برای بازی بچه ها دارد سخن گفته است.

با گسترش تهران و مرکزیت این منطقه، ارزش کافه شهرداری بیشتر شد. در سال ۱۳۴۴، شهرداری تهران تصمیم به تخریب کافه شهرداری و تغییر کاربری آن گرفت و در همان زمان چند گروه آمریکایی، فرانسوی و ایتالیایی پیشنهاد ساخت یک هتل لوکس ۴۰۰ اتاقه را در محل کافه شهرداری ارائه دادند. این درست زمانی بود که تئاتر ایران با حضور نسل جدید هنرمندان مانند آربی آوانسیان، عباس نعلبندیان، اکبر رادی، علی نصیریان، غلامحسین ساعدی، بهرام بیضایی، بیژن مفید، پرویز صیاد و هنرمندان کارگاه نمایش، دوران اوج خود را طی می کرد و با به حاشیه رفتن سالن هایی چون تئاتر هنر، تئاتر سعدی و تئاتر تهران و کمبود ظرفیت تالار سنگلج و اختصاص تالار رودکی (وحدت) به اجرای موسیقی نیاز به یک سالن نمایش در تهران به شدت احساس می شد.

با پیشنهاد وزارت فرهنگ و هنر و اداره هنرهای دراماتیک و تلاش گردانندگان کارگاه نمایش مانند آربی آوانسیان، عباس نعلبندیان و آشوربانی پال، شهرداری با ساخت چند سالن مخصوص با ظرفیت بالا و انواع سن های اجرایی در محل کافه شهرداری موافقت کرد. مقدمات ساخت تئاتر شهر در سال ۱۳۴۶ در دوران شهرداری منوچهر پیروز آغاز شد. طراحی نقشه و نظارت بر ساخت آن را مهندس «امیر علی سردار افخمی» و «بیژن انصاری» از معماران مکتب نوین ایران و یکی از شاگردان هوشنگ سیحون، معمار پیشرو برعهده گرفت.

 سرانجام مجموعه تئاتر شهر با افتتاح سالن اصلی در هشتم بهمن ۱۳۵۱ و با اجرای نمایش«باغ آلبالو»ی چخوف به کارگردانی آربی آوانسیان فعالیت خود را آغاز کرد. در این زمان نیک پی شهردار تهران بود.

سردار افخمی ساختمان تئاتر شهر را با بهره گیری از اشکال مدور و طاق نماهای دستی و سازه های معماری مدرن طراحی کرده. دور تا دور این ساختمان مدور ستون های قرینه به سبک ستون های تخت جمشید طراحی شده است که حالتی خیمه گونه را در نگاه بیننده به وجود می آورد. بالای ساختمان نیز گنبدی نیم مدور طراحی شده است که برج طغرل و معماری دوره ایلخانی را به یاد می آورد. داخل ساختمان نیز از قرینه سازی بهره می برد.

فضاهای داخلی این بنا با پیچ و خم های حاصل از پیروی طرح از هندسه غالب حالت رمز و رازگونه به خود گرفته و گویی فرد را در هزارتوی خود اسیر و مسحور کرده، آنچنان که خصیصه هنر است. طراح، هوشمندانه امکاناتی را که بالطبع، پلان دایره به همراه دارد در جهت استفاده بهینه از حداکثر فضا در اختیار گرفته و در طراحی جزئیات دکوراسیون داخلی و تزئینات بدنه ها نیز نهایت سعی و کوشش در رسیدن به هماهنگی و تناسب انجام شده است.

ستون های باریک و بلند تئاتر شهر که شکل تزئینی آن جلب توجه می کند، به طناب های دربرگیرنده بالنی شبیه است که بنا را به زمین دوخته است. این عناصر از سطح زمین شروع می شوند و به زیر بیرون زدگی پشت بام می رسند. بین هر سه ستون، دو طاق که تیزه آن در وسط پیش آمدگی بام ختم می شود و طاق سومی که دو طاق زیرین را در برمی گیرد و تیزه آن به لبه انتهایی پیش آمدگی می رسد در تلطیف نمای ساختمان و القای سبکی حجم آن بسیار موثر است.استفاده از آجر در نما و ترکیب آن با کاشی فیروزه ای و سبز و نیز به کارگیری عناصر تزئینی آجری، ایجاد حسی آشنا با بنای تئاتر شهر را تشدید می کند.

در ساختمان تئاتر شهر،  ترکیب جالبی از کاشی و آجر داریم. ترکیب کاشی به شکل انتزاعی و استفاده از آجر برجسته که در دوره های مختلف تاریخی وجود داشته در این مجموعه به کار رفته است.

مهم ترین ویژگی تئاتر شهر در پلان دایره شکلی آن است.این پلان ترکیبی از معماری یونان و روم قدیم و شبیه بناهای مربوط به نمایش مانند پانئوم و کلوسئوم است. این نوع پلان در دوره قاجار وارد معماری ایران می شود. زمانی که ناصرالدین شاه به فرنگ رفته و در آن جا سالن تئاتر پاریس و لندن را می بیند، دستور ساخت تکیه دولت را می دهد که ما آن را به عنوان نخستین سالن تئاتر کشور می شناسیم. بعد از تخریب تکیه دولت، علی سردار افخمی برای طراحی رسمی ترین تئاتر کشور آن هم به شکل مدرن و با استفاده از مصالح بتن و فلز از پلان دایره استفاده می کند.

 تالار اصلی که مهم ترین هدف سازندگان تئاتر شهر بود در دو طبقه با ظرفیت حدود ۵۷۹ نفر طراحی شده است. این تالار از کلیه تجهیزات فنی از جمله صحنه گردان الکتریکی به قطر ۵/۱۱ متر، آسانسور دکور، سیستم آویزهای بالارونده برای دکور، دهنه متحرک صحنه، پرده و امکانات سینمایی، سیستم کامل نور و صدا و دستگاه های کنترل کننده برخوردار است و پرده آن نیز به صورت طولی بسته می شود. عمق صحنه ۱۵ متر، ارتفاع پرده صحنه ۱۰ متر، پهنای صحنه از جلو ۱۹ متر، پهنای صحنه از دهانه ۱۶ متر؛ پهنای صحنه از وسط ۲۶ متر و طول دهانه آن از ۱۲ تا ۱۴ متر تغییرپذیر است. در مراسم افتتاحیه این سالن محمد رضا پهلوی و همسرش شرکت داشتند و فهیمه راستکار، داریوش فرهنگ، سوسن تسلیمی، مهدی هاشمی، پرویز پورحسینی،شکوه نجم آبادی، مهوش افشارپناه، فریده سپاه منصور و…. باغ آلبالو را روی صحنه بردند.مدتی بعد، دو سالن چهارسو و تالار شماره ۲ نیز راه اندازی شدند.

 تالار چهارسو در طبقه زیرین، پشت ساختمان اصلی با طراحی آوانسیان، خاص نمایش های ایرانی که احتیاج به سن مدور دارد باظرفیت ۱۲۰ تا۳۵۰ تماشاگر ساخته شد. در سال ۱۳۵۹ با توجه به نیاز به سالن های جدید یکی از انبارهای تئاتر شهر تغییر کاربری داده شد و به نام شهید حسن قشقایی نامگذاری شد. این تالار با شکلی ۳ گوش، در حدود ۲۵۰ نفر گنجایش داشت و برای اجراهای نمایش سنتی _ ایرانی مناسب بود. با فعال شدن تالار سنگلج و به دلیل نامناسب بودن عمق صحنه تالار قشقایی و وجود دو نقطه کور برای تماشاگران، این تالار مدتی تعطیل شد اما در سال ۱۳۸۱ با گنجایش ۱۵۰ نفر و عمق صحنه مناسب مجددا راه اندازی شد.