Uuden Etelä-Walesin osavaltion hallitus järjesti vuonna 1956 avoimen kansainvälisen suunnittelukilpailun ja nimitti siihen itsenäisen tuomariston. Kilpailussa haettiin suunnitelmaa kahdesta esityssalista, toinen oopperaa ja toinen sinfoniakonsertteja varten. Suunnittelurajoituksia tai kulujen ylärajaa ei määritelty. Kilpailun voitti tanskalainen arkkitehti Jørn Utzon, joka nimettiin projektin ainoaksi arkkitehdiksi.[1]

Yleisen käsityksen mukaan myöhässä nelihenkisen tuomariston kokoukseen saapunut Eero Saarinen pelasti Utzonin kilpailutyön hylättyjen joukosta ja sai muutkin tuomarit hyväksymään sen voittajaksi.[2]

Osavaltion parlamentti myönsi projektille 3,5 miljoonan Australian punnan eli 7 miljoonan Australian dollarin rahoituksen. Rakennuksen oli tarkoitus valmistua tammikuussa 1963.[2]

 

Oopperatalo rakennusvaiheessa.

Rakennustyöt aloitettiin 1957, ja rakennus valmistui lopulta 1973. Sen rakensi insinööriyritys Ove Arup and Partners, ja urakoitsija oli australialainen M R Hornibrook. Rakennusprojektin kulujen voimakas kasvu aiheutti vuonna 1966 sen, että osavaltion hallitus lopetti projektin rahoittamisen. Sen seurauksena Utzon jätti projektin, ja hallitus nimitti siihen uudet arkkitehdit. He tekivät suuria muutoksia rakennuksen sisätilojen suunnitelmiin. Työn valmistumista valvoi arkkitehtiyritys Hall, Todd and Littlemore.[3] Rakennuskustannukset olivat lopulta 102 miljoonaa Australian dollaria.[3]

Rakennuksen avasi virallisesti Australian kuningatar Elisabet II 20. lokakuuta 1973.[3] Televisioitu avajaisseremonia sisälsi muun muassa ilotulituksen ja Ludwig van Beethovenin 9. sinfonian esityksen. Utzonia ei ollut kutsuttu, eikä hänen nimeään mainittu tapahtumassa.[2] Oopperatalon ensiesitys oli Sergei Prokofjevin Sota ja rauha.[3]

Rakennuksen tulotietä ja etupihaa paranneltiin vuosina 1986–1988. Utzon palkattiin vuonna 1999 kehittämään rakennukselle suunnitteluperiaatteet, joita noudatettaisiin kaikissa myöhemmissä rakennustöissä rakennuksen arkkitehtonisen eheyden turvaamiseksi. Utzonin ensimmäinen toimenpide oli uudistaa vastaanottosali, joka nimettiin vuonna 2004 Utzon Roomiksi.[1]

Vuonna 2006 valmistui Utzonin johtama ulkotilojen muutostyö. Sen yhteydessä rakennuksen länsipuolelle lisättiin lasi-ikkunat, joiden läpi teatterin aulasta pystyi näkemään Sydneyn satamaan. Sisätilojen kunnostuksen yhteydessä rakennukseen sijoitettiin ensimmäinen hissi ja liukuportaat. Utzon uusi myös vanhentunutta ja riittämättömäksi käynyttä oopperasalia.[1]