1902. gadā pirmoreiz radās ideja par pazemes dzelzceļu Maskavā, kāds vietējais laikraksts to noraidīja, jo tā nekaunīgi aizskar visu, kas Maskavas pilsētā krievu tautai ir dārgs. Tomēr 30. gados nepieciešamība pēc labāka transporta kļuva neatliekama, jo straujās rūpniecības attīstības dēļ pilsētnieku skaits bija dubultojies. Diviem jauniem komunistiem — Ņikitam Hruščovam un Lazaram Kaganovičam tika uzticēts vadīt tāda metro celtniecību, kas uzskatāmi demonstrētu sociālisma, strādnieku un zemnieku sasniegumus.

Metro celtniecības darbi sākās 1931. gada decembrī, Staļina pirmās piecgades (1928—1933) laikā. Komunistiskā partija noteica, ka metro būvēs visa valsts, tādēļ šim darbam mobilizēja strādniekus un strādnieces no visas Padomju Savienības. Viņiem palīdzēja Sarkanās armijas kareivji un vairāk nekā 13 000 Komunistiskās jaunatnes savienības biedru (komjauniešu). Komjaunieši brīvprātīgi strādāja savā brīvajā laikā, un viņu lielais ieguldījums tika godināts, nosaucot staciju to vārdā "Komsomoļskaja" (Комсомольская). Arī būvmateriāli pienāca no dažādām valsts daļām: sliedes no Kuzņecas tēraudlietuvēm, marmors no Urāla un Kaukāza, granīts no Karēlijas un Ukrainas.

1935. gada februārī tika pabeigts pirmais 11,6 kilometru garais sliežu ceļu posms, kas savienoja staciju "Sokoļņiki" (Сокольники) ar Kultūras parku ("Park Kuļturi" (Парк Культуры)), un 15. maijā tika atklātas pirmās 13 stacijas. Daudzi, kas piedalījās celtniecībā, vēlāk saņēma apbalvojumus, arī tolaik ļoti kāroto Ļeņina ordeni. Metro būve turpinājās ātrā tempā, un 1939. gadā darbojās jau 22 stacijas, kas apkalpoja vairāk nekā miljonu pasažieru.

Pirmās metro līnijas tika celtas dziļi zem zemes, lai kara gadījumā tās varētu izmantot kā bumbu patvertnes. 1941. gada novembrī vācu karaspēks bija sasniedzis Maskavas nomales un Padomju Savienība cīnījās par izdzīvošanu. Metro stacija "Majakovskaja", kas bija pabeigta tikai pirms trim gadiem, kļuva par Pretgaisa aizsardzības spēku štāba mītni. Pirms Sarkanās armijas došanās uz fronti šīs stacijas plašajā centrālajā zālē Staļins uzrunāja ģenerāļus un partijas aktīvistus.

Metrostacijā "Kirovskaja" (Кировская) (tagad "Čistije Prudi" (Чистые Пруды)) Otrā pasaules kara laikā atradās Ģenerālštāba mītne. Tieši šeit Staļins un viņa padomnieki plānoja pirmos uzbrukumus nacistiem. Tādējādi metro sistēma kļuva par svarīgu simbolu pretestībai pret nacistu iebrukumu. Patiesībā tai tika piešķirta tik liela propagandas loma, ka mozaīku meti stacijai "Novokuzņeckaja" (Новокузнецкая) pēc to radītāja Viktora Frolova nāves blokādes (1941—1944) laikā Sanktpēterburgā no turienes tika evakuēti.

Metro kā patvertni izmantoja daudz cilvēku, ko pierāda fakts, ka Maskavas metro Otrā pasaules kara laikā piedzima 217 bērni.

Pēckara gados Maskavas metro ļoti strauji turpināja attīstīties, tika celtas jaunas stacijas un līnijas. Tika atvērtas Koļcevaja (Кольцевая)  , Fiļevskaja (Филёвская)  , Kalužsko-Rižskaja (Калужско-Рижская)  , Tagansko-Krasnopresņenskaja (Таганско-Краснопресненская)  , Kaļiņinskaja (Калининская)   un Serpuhovsko-Timirjazevskaja (Серпуховско-Тимирязевская)   līnijas.

1990. gados radās dažādas idejas, tika izstrādāti projekti par vieglo metro līniju, viensliedes dzelzceļa līniju  , kas 2002. un 2004. gadā arī tika realizēti. Viensliedes dzelzceļu nevar pieskaitīt pie Maskavas metro, jo tā ir atsevišķa struktūra, tomēr abas šīs struktūras savstarpēji sadarbojas. Bija arī domāts uzbūvēt mini-metro, tomēr šī iecere netika realizēta. 2002. gadā tika atvērta pirmā stacija ārpus MKAD (Maskavas apvedceļš) robežām. 2003. gadā tika atvērta pirmā līnija, kas pilnībā atrodas aiz MKAD (Maskavas apvedceļš) robežām — Butovskaja (Бутовская)   līnija.

2011. gadā tika pieņemts lēmums par Maskavas metro attīstības plāna realizāciju, kas paredzēja līdz 2020. gadam atklāt 70 jaunas stacijas 160 km garumā. 2012. gadā vēl viena līnija šķērsoja MKAD robežas — Kaļiņinskaja (Калининская)   līnija, taču vēlākos gados staciju skaits strauji pieauga, kas atradās aiz MKAD robežām. 2016. gadā tika atklāta 14 līnija — Maskavas centrālā riņķa līnija (Московское центральное кольцо(МЦК))  , kas ir dzelzceļa riņķa līnija ar pārsēšanās stacijām uz metro. 2018. gadā tika atvērtas pirmās metro stacijas Bolšaja kolcevaja (Большая кольцевая)   līnijā, kas dod jaunas iespējas pārsēsties uz līnijām, tādējādi veidojot otro riņķa līniju.