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

با گسترش تهران و مركزیت این منطقه، ارزش كافه شهرداری بیشتر شد. در سال ۱۳۴۴، شهرداری تهران تصمیم به تخریب كافه شهرداری و تغییر كاربری آن گرفت و در همان زمان چند گروه آمریكایی، فرانسوی و ایتالیایی پیشنهاد ساخت یك هتل لوكس ۴۰۰ اتاقه را در محل كافه شهرداری ارائه دادند. این درست زمانی بود كه تئاتر ایران با حضور نسل جدید هنرمندان مانند آربی آوانسیان، عباس نعلبندیان، اكبر رادی، علی نصیریان، غلامحسین ساعدی، بهرام بیضایی، بیژن مفید، پرویز صیاد و هنرمندان كارگاه نمایش، دوران اوج خود را طی می كرد و با به حاشیه رفتن سالن هایی چون تئاتر هنر، تئاتر سعدی و تئاتر تهران و كمبود ظرفیت تالار سنگلج و اختصاص تالار رودكی (وحدت) به اجرای موسیقی نیاز به یك سالن نمایش در تهران به شدت احساس می شد.

با پیشنهاد وزارت فرهنگ و هنر و اداره هنرهای دراماتیك و تلاش گردانندگان كارگاه 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 كافه شهرداری موافقت كرد. 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 مكتب نوین ایران و یكی 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 كارگردانی آربی آوانسیان فعالیت خود را آغاز كرد. در این زمان نیك پی شهردار تهران بود.

سردار افخمی ساختمان تئاتر شهر را با بهره گیری از اشكال مدور و طاق نماهای دستی و سازه های معماری مدرن طراحی كرده. دور تا دور این ساختمان مدور ستون های قرینه به سبك ستون های تخت جمشید طراحی شده است كه حالتی خیمه گونه را در نگاه بیننده به وجود می آورد. بالای ساختمان نیز گنبدی نیم مدور طراحی شده است كه 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 كرده، آنچنان كه خصیصه هنر است. طراح، هوشمندانه امكاناتی را كه بالطبع، پلان دایره به همراه دارد در جهت استفاده بهینه از حداكثر فضا در اختیار گرفته و در طراحی جزئیات دكوراسیون داخلی و تزئینات بدنه ها نیز نهایت سعی و كوشش در رسیدن به هماهنگی و تناسب انجام شده است.

ستون های باریك و بلند تئاتر شهر كه شكل تزئینی آن جلب توجه می كند، به طناب های دربرگیرنده بالنی شبیه است كه 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 كه تیزه آن در وسط پیش آمدگی بام ختم می شود و طاق سومی كه دو طاق زیرین را در برمی گیرد و تیزه آن به لبه انتهایی پیش آمدگی می رسد در تلطیف نمای ساختمان و القای سبكی حجم آن بسیار موثر است.استفاده از آجر در نما و تركیب آن با كاشی فیروزه ای و سبز و نیز به كارگیری عناصر تزئینی آجری، ایجاد حسی آشنا با بنای تئاتر شهر را تشدید می كند.

در ساختمان تئاتر شهر،  تركیب جالبی از كاشی و آجر داریم. تركیب كاشی به شكل انتزاعی و استفاده از آجر برجسته كه در دوره های مختلف تاریخی وجود داشته در این مجموعه به كار رفته است.

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

 تالار اصلی كه مهم ترین هدف سازندگان تئاتر شهر بود در دو طبقه با ظرفیت حدود ۵۷۹ نفر طراحی شده است. این تالار از كلیه تجهیزات فنی از جمله صحنه گردان الكتریكی به قطر ۵/۱۱ متر، آسانسور دكور، سیستم آویزهای بالارونده برای دكور، دهنه متحرك صحنه، پرده و امكانات سینمایی، سیستم كامل نور و صدا و دستگاه های كنترل كننده 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 شركت داشتند و فهیمه راستكار، داریوش فرهنگ، سوسن تسلیمی، مهدی هاشمی، پرویز پورحسینی،شكوه 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 كه احتیاج به سن مدور دارد باظرفیت ۱۲۰ تا۳۵۰ تماشاگر ساخته شد. در سال ۱۳۵۹ با توجه به نیاز به سالن های جدید یكی از انبارهای تئاتر شهر تغییر كاربری داده شد و به نام شهید حسن قشقایی نامگذاری شد. این تالار با شكلی 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 كور برای تماشاگران، این تالار مدتی تعطیل شد اما در سال ۱۳۸۱ با گنجایش ۱۵۰ نفر و عمق صحنه مناسب مجددا راه اندازی شد.