1958年，国家大剧院作为国庆十周年十大建筑之一获得中央批准立项，时任国务院总理周恩来亲自负责，并由清华大学完成了建筑设计方案，大剧院选址就选在了人民大会堂的西侧。受经济条件的限制，当时为建人民大会堂而进行的拆迁工作十分艰巨，虽然国家甚至动员当时的建设工程部等部委腾出了一些办公楼来安置拆迁户，但是北京市没有能力再安置拆迁的居民。为此，中央决定暂停国家大剧院的建设。建设国家大剧院一直是周恩来未完成的心愿，临终前他将两项工程托付给当时主抓建设的万里，一是北京图书馆，另一个就是国家大剧院。改革开放后，国家大剧院的建设被提上日程。

1996年10月，中共十四届六中全会通过了《关于加强社会主义精神文明建设若干重要问题的决定》，在这个决议中写到“要有计划地建设国家大剧院等一批具有重大影响的重要文化设施”，国家大剧院的建设被正式明确下来。1997年将大剧院建设地点确定在人民大会堂西侧。1998年1月，中央决定成立“国家大剧院建设领导小组”和“艺术委员会”，同时成立“国家大剧院工程业主委员会”负责工程的组织实施，由北京市、文化部、建设部三方组建业主委员会，代表国家行使业主权利，承担业主责任，其中委员6位，由时任北京市市长助理、市政协副主席万嗣铨担任主席。

1999年7月22日，中共中央政治局常委会会议决定，采用保罗·安德鲁的设计方案。

工程于2001年12月13日开工，2007年9月建成，2007年9月25日进行试演、投入使用，2007年12月22日正式投入运营。国家大剧院位于中国北京人民大会堂西侧，总投资26.8838亿元人民币，设计师为法国建筑师保罗·安德鲁。