Pierwszy projekt moskiewskiego metra powstał w 1901. Do wybuchu I wojny światowej powstały także inne, nowe projekty budowy metra w Moskwie.

Pierwszą linię moskiewskiego metra uruchomiono 15 maja 1935 i przebiegała ona od stacji Sokolniki do stacji Park Kultury z odgałęzieniem do stacji Smolenskaja (to odgałęzienie to linia Arbackaja przedłużona do stacji Kijewskaja, przechodząc przez rzekę Moskwę po moście).

W latach 1957–1992 metro nosiło imię W. I. Lenina (ros. Московский метрополитен имени В. И. Ленина). Wcześniej jego patronem był Łazar Kaganowicz.

Do wybuchu II wojny światowej zbudowano jeszcze 2 nowe linie. W marcu 1938 linia Arbackaja została przedłużona do stacji Kurskaja (obecnie ta część nazywa się linią Arbacko-Pokrowską). We wrześniu 1938 otworzono linię Gorkowsko-Zamoskworeczną, od stacji Sokoł do stacji Teatralnaja.

Projekty dalszej kompleksowej rozbudowy metra zostały zawieszone podczas wojny. Rozpoczęto tylko budowę fragmentów linii: Teatralnaja – Awtozawodskaja (z przejściem przez rzekę Moskwę podziemnym tunelem) oraz Kurskaja – Izmaiłowskij Park (4 stacje).

Jesienią 1941 metro służyło za schron przeciwlotniczy, a pewna część wagonów została ewakuowana. Zgodnie z postanowieniem państwowego komitetu obrony z 15 października 1941 w wypadku pojawienia się wroga u wrót Moskwy metro miało zostać zniszczone.

Po wojnie rozpoczęto budowę czwartego etapu metra linii Kolcewej i głębokiego odcinka linii Arbackiej od stacji Plac Rewolucji do stacji Kijewskiej.

Początkowo linię Kolcewą zamierzano poprowadzić pod Pierścieniem Sadowym (Sadowoje Kolco) (który stanowił granicę miasta w XVI wieku). Pierwsza część linii od stacji Park Kultury do stacji Kurskaja (1950) przebiegała właśnie w ten sposób. Później jednak północną część linii Kolcewej postanowiono zbudować 1–1,5 km od Sadowego Kolca i w ten sposób zapewniono dostęp do 7 z 9 moskiewskich stacji. Druga część linii Kolcewej została otwarta w 1952 (stacja Kurskaja – stacja Biełorusskaja), a w 1954 budowę linii zakończono.

Budowa głębokiej części linii Arbackiej przebiegała w czasach zimnej wojny i przewidywano jej wykorzystanie jako schronu przeciwatomowego na wypadek wojny. Po zakończeniu budowy linii w 1953, jej górna część została zamknięta (od stacji Płoszczad Riewolucii do Kijewskiej), ale w 1958 znów została оtwarta jako część linii Filowskiej.

Później już nie posługiwano się terminem „etap” jako część planu rozbudowy, jednak oddane w latach 1957–1958 określa się czasem jako piąty „etap”.

W styczniu 1977 i w lutym 2004 miały miejsce zamachy, a w marcu 2010 zorganizowano dwa zamachy.

15 lutego 2016 otwarta została 200. stacja metra – Sałarjewo[1].

Do sieci metra została zaliczona także moskiewska kolej jednoszynowa, wcześniej oznaczana М1, oraz ukończony w 2016 roku moskiewski pierścień centralny – w większości naziemny pierścień kolei otaczający historyczne granice Moskwy.