Królewska Akademia Muzyki istniała we Francji od 1672, zainaugurowana przez Jean-Baptiste'a Lully'ego na koszt dworu królewskiego, zajmująca się nie tylko muzyką instrumentalną, ale także baletem i operą. Od 1713 Akademia posiadała swój gmach w Paryżu, który nie dotrwał do naszych czasów, ponieważ został zniszczony przez pożar w 1874 r. Do czasu oficjalnego przeniesienia zespołu opery i baletu do nowo zbudowanego gmachu Opéry Garnier, w stolicy Francji funkcjonowało 13 różnych budynków teatralnych, każdy z nich szczycący się, często mylnie, mianem Opery Paryskiej[1].

Budowa Palais Garnier miała miejsce w czasie wielkiej przebudowy Paryża w czasach II Cesarstwa. W 1858 cesarz Napoleon III Bonaparte osobiście wydał polecenie rozbiórki 12 tys. metrów kwadratowych średniowiecznej zabudowy miejskiej w celu zwolnienia miejsca pod gmach teatralny. Konkurs na projekt gmachu wygrał nieznany dotąd 35-letni Charles Garnier. Kamień węgielny został położony w 1861, rok później rozpoczęły się prace budowlane. W zamyśle twórców opera miała ukazywać bogactwo II Cesarstwa i stać się symbolem kulturalnego mecenatu Napoleona III.

Prace budowlane napotkały na liczne opóźnienia. Wybrane na budowę miejsce okazało się niefortunne – położone na grząskim gruncie i podziemnym jeziorze, z którego woda musiała być sztucznie wypompowywana przez osiem kolejnych miesięcy[2]. Wybuch wojny francusko-pruskiej dodatkowo opóźnił budowę. W czasie Komuny Paryskiej na terenie niedokończonego budynku wersalczycy rozstrzelali kilkanaście osób. W 1873 w prawie gotowym obiekcie wybuchł pożar. Ostatecznie gmach opery oddano do użytku w końcu 1874 i zainaugurowano w 1875 inscenizacją fragmentów opery Fromentala Halévy'ego Żydówka.

W 1896 na publiczność spadł wielki żyrandol, zabijając jedną osobę. Poważnie uszkodzona została przy tej okazji dekoracja malarska sufitu, którą w 1964 r. zastąpiły nowe freski Marca Chagalla[3].

W 1940, po wkroczeniu Wehrmachtu do Paryża, gmach opery zwiedził Adolf Hitler.

W latach 90. XX w. i na początku XXI w. opera przeszła remont generalny zakończony w 2006.