Планетарий начали строить в 1927 году. В это время планетарий в мире было всего 12. Десять из них находились в Германии, и еще два в Риме и Вене. В то время в Германии производилась лучшая техника, с помощью которой можно было наблюдать за звездами. Россия приобрела проекционный аппарата «Планетарий» договорилась и фирмой "Диккергоф" о постройке купола, который станет экраном для демонстрации неба. Помимо демонстрации созвездий планировалось создать кино-аудиторию, астрономический музей, библиотеки и лабораторные помещения.
Перед архитекторами поставили цель создать здание в стиле конструктивизма. Этот стиль появился как раз в двадцатых годах прошлого века и сразу стал самым популярным. Основой стиля было было конструирование окружающей среды путем создания сооружений в четких внешних формах, образованных из простых стереометрических тел и собранных на железобетонном каркасе. Здание, построенное в нем должно было выглядеть футуристично и ассоциироваться с космическим пространством.
По планам основателей планетария место должно было стать не столько развлекательным, сколько образовательным учреждением. Это было не только выражение амбиций, но и оправдание для правительства больших денежных расходов. В то время экономика страны переживала не лучший период, а средства на закупку немецкой техники требовались большие. Первый камень был заложен в фундамент специально в день осеннего равноденствия — 23 сентября 1928 года. Через несколько месяцев прибыли специалисты из Германии для установки сферического купола. После этот был отстроен зрительный зал и вмонтирована техника.
Сотрудники начали работать над составлением образовательной программы и подбирать книги в библиотеку. Планетарий открылся впервые 5 ноября 1929. Маяковский сочинил в своей манере рекламный слоган для нового места: «Должен каждый пролетарий посмотреть на планетарий».
Сначала в лекционном зале можно было послушать только три разные лекции. Постепенно к работе привлекались известные современных ученые и их количество увеличилось до 50. Лекторы старались понятным языком разъяснить строение солнечной системы, принципы движения планет и формирование траектории комет.
В 1934 году на зеркальном куполе уже можно было увидеть имитацию северного сияния, звездопады и затмения. Все это показывалось под специально написанную современными классическими композиторами музыку. Такого еще не делали в планетариях в других странах мира.
Позже на базе Московского планетария работал и заседал Стратосферный комитет. Его сотрудники изучали верхние слои атмосферы и занимались проблемами реактивного движения. Одним из них был академик Королев. Появились инженерно-конструкторские курсы, на которых посетители учились строить модели космических зондов. В здании ставились театрализованные представления о жизни знаменитых астрономов — Галилея, Джордано Бруно и Коперника.
Вот как планетарий выглядит сейчас внутри после недавней реконструкции: