L'idée d'un métro à Moscou séduisait déjà le tsar réformateur Alexandre II dès 1870. Mais son assassinat reporta le projet. En 1875, l'idée d'une ligne de la gare de Koursk aux bois Marinoï en passant par la place Loubyanskaïa et la place Pouchkine ne se concrétisera pas. Le premier projet du métro de Moscou est établi en 1901. En 1902, les ingénieurs P. Balinski et E. Knorre proposent un projet de métro devant joindre le centre administratif de Moscou et la barrière de Tver grâce à des lignes souterraines. Cependant, le conseil municipal rejettera le projet, les députés favorisant le tramway existant. D'autres projets seront proposés jusqu'à la Première Guerre mondiale. En 1925, le projet de Myasnitski n'aboutit pas. Cependant, l'augmentation des usagers des transports en commun accélère la décision de construire un métro. Le 15 juin 1931, le plénum du TSK VKP(B) prend la décision de construire le métro, avec le nom de « Métropolitain L. M. Kaganovitch ». On fait appel à des compagnies internationales réputées comme Siemens Bauunion GmbH.

La première ligne est ouverte le 15 mai 1935. Quelque 75 000 ouvriers auraient participé aux travaux de creusement des rues du centre-ville de Moscou en vue de l'aménagement de la première ligne[1]. Elle mène de la station Sokolniki à la station Park koultoury avec une bifurcation vers la station Smolenskaïa (cette bifurcation, la ligne « Arbatskaïa », allait en 1937 jusqu'à la station Kievskaïa en traversant la rivière Moskova par un pont). Deux autres stations seront ouvertes avant le début de la Seconde Guerre mondiale : en mars 1938, la ligne « Arbatskaïa » est prolongée jusqu'à la station Kourskaïa (aujourd'hui, ce tronçon est rattaché à la ligne Arbatsko-Pokrovskaïa) ; en septembre 1938, la ligne « Gorkovsko-Zamoskvoretskaïa » qui allait de la station Sokol à la station « Plochtchad Sverdlova » (Teatralnaïa après 1992). Les projets de construction d'une troisième ligne de métro sont mis de côté pendant la Seconde Guerre mondiale. Deux autres tronçons sont réalisés entre « Plochtchad Sverdlova » et « Zavod imeni Stalina » (Avtozavodskaïa après 1956 et entre Kourskaïa et « Izmaïlovski Park » (Partizanskaïa après 2005). Le premier tronçon traverse la rivière Moskova grâce à un tunnel profond ; les stations Paveletskaïa et Novokouznetskaïa n'ont été ouvertes que plus tard.

À l'automne 1941, le métropolitain de Moscou sera utilisé comme abri lors des bombardements et une partie des voitures retirées. L'arrêt du comité gouvernemental daté du 15 octobre 1941 proposera la destruction des installations du métro en cas d'apparition de l'armée ennemie aux portes de Moscou.

Après la guerre commence la construction de la quatrième ligne (la Ligne Koltsevaïa) et de la partie profonde de la ligne « Arbatskaïa » (de la station Plochtchad Revolyoutsii à la station Kievskaïa. Il est d'abord prévu de construire la ligne Koltsevaïa en suivant l'anneau Sadovoe (qui correspond à la limite du Moscou du XVIe siècle). La première section de la ligne (de la station Park Koultoury à la station Kourskaïa, 1950) est bien située sous cet anneau. Mais il sera ensuite décidé de construire la partie nord de la ligne à un kilomètre de cette limite, donnant ainsi accès à sept des neuf gares de la ville. La deuxième section de la ligne (Kourskaïa-Belorusskaïa) est ouverte en 1952 et la construction de la ligne achevée en 1954. La construction de la partie profonde de la ligne « Arbatskaïa » est terminée au début de la guerre froide. Les stations profondes devaient servir d'abris contre les bombardements en cas de guerre nucléaire. Après la fin de la construction de la ligne en 1953, la partie supérieure de la ligne (de la station Plochtchad Revolyoutsii à la station Kievskaïa) est fermée, puis rouverte en 1958 en tant que segment de la Ligne Filiovskaya.

Par la suite le terme « file » n'est plus employé, cependant quelques stations ouvertes en 1957-1958 sont rattachées à la « cinquième file ». En 1955, le métropolitain de Moscou prend le nom officiel de « Métropolitain de Moscou V. I. Lénine de l'ordre de Lénine et de l'ordre du Drapeau rouge ». À la fin des années 1950-1960 est développée la conception des axes radiaux, raccordés uniquement à la ligne Koltsevaïa. C'est en 1971 et 1975 que ces segments sont rattachés aux lignes diamétrales Kaloujsko-Rijskaïa et Tagansko-Krasnopresnenskaïa.

De la fin des années 1970 jusqu'au début des années 1990 sont construites les lignes Kalininskaïa (1979-1986) et Serpoukhovsko-Timiriazevskaïa (1983-1994) selon le même principe, partant de l'anneau et se rejoignant progressivement, formant un nouveau diamètre. Depuis 1995, des stations de correspondance sont établies hors des limites de l'anneau. Le projet a démarré avec la ligne Lyoublinskaïa.

En 2016, la ceinture centrale de Moscou (ancienne voie de chemin de fer) a été intégrée au réseau de métro avec 14 stations de correspondance. Par ailleurs, la ligne 11 (GLC : Bolchaïa Koltsevaïa) est désormais complète depuis le mercredi 01 mars 2023 (70 km en tout).