به همین دلیل ایده ساخت تماشاخانه که در آن روزگار با به حاشیه رفتن سالن‌هایی مثل تئاتر سعدی، تئاتر تهران، تئاتر هنر، کمبود ظرفیت تالارهای سنگلج و در کنار همه آن میل و رغبتی که مردم به تئاتر پیدا کردند، شهردار تهران مجاب شد این کافه را به محفل عاشقان تئاتر تبدیل کند.سال 1346 نقشه ساخت این مجموعه توسط امیرعلی سردار افخمی و بیژن انصاری، دو نفر از معماران پیشرو ایران در بستری به مساحت 5600 متر و با زیربنای 3000متر طراحی شد.
ساختمان به شکل یک دایره با قطر تقریبی 34 متر و ارتفاع 15متر با الهام از برج طغرل طراحی شد و معماران تلاش کردند با تلفیقی از معماری دوره ایلخانیان و معماری سالن‌های نمایش یونان و روم قدیم، ایده‌ای منحصر به فرد را در معرض دید عموم قرار دهند. ضمن آن‌که برای پاسداشت هنر ایرانی، ترکیبی از آجر و کاشی در برنامه قرار گرفت. تماشاخانه سال 1351 با گنجایش 579 صندلی و صحنه‌ای به عمق 16متر و عرض 14متر، با اجرای نمایش «باغ آلبالو» چخوف به کارگردانی آربی آوانسیان و بازی فهیمه راستکار، داریوش فرهنگ، مهدی هاشمی، پرویز پورحسینی، شکوه نجم‌آبادی و... رسما گشایش یافت.پس از پیروزی انقلاب اسلامی، تئاترشهر گرچه برای مدتی در بلاتکلیفی به سر برد، اما خیلی زود مسیر گسترش را به سمت حرفه‌ای‌ترین و بزرگ‌ترین مرکز تئاتر کشور پیمود.سال 1359 نادر خوشدل به عنوان اولین مدیر پس از انقلاب معرفی شد. در این سال مرکز مطالعات مجموعه که نامش را مزین به نام شهید حسین قشقایی کرد، به تماشاخانه‌ای برای نمایش‌های ایرانی- سنتی بدیل شد. سال 1365 و در دوران مدیریت مجید جعفری در طبقه دوم تئاترشهر، سالن دیگری با عنوان تالار شماره 2 یا تالار کوچک و در طبقه سوم که تا آن زمان به عنوان رستوران استفاده می‌شد، سالن شماره 3 ساخته شد. سالنی که حدود یک‌سال عمر کرد و بعد از آن به کتابخانه و مرکز اسناد تخصصی تئاتر تبدیل شد.
سال 1377 و همزمان با دوران مدیریت حسین پاکدل، سالن خورشید که تا آن زمان موتورخانه و انبار بود، به تماشاخانه خورشید تبدیل شد. در بهمن همان سال کارگاه نجاری تئاترشهر نیز تغییر کاربری داد و از دل آن تماشاخانه سایه با عمق ۱۰متر، عرض ۸/۵متر و ارتفاع ۲۰/۴متر و قدرت پذیرش 103مخاطب راه‌اندازی شد.سومین تماشاخانه‌ای که حسین پاکدل افتتاح کرد سالن نو بین تماشاخانه چهارسو و قشقایی بود؛ سالنی که گرچه با استقبال خوبی از سوی هنرمندان روبه‌رو شد اما بعد از مدتی دیگر بهره‌برداری نشد.پس از تماشاخانه نو، در سال 1383 طرح راه‌اندازی کارگاه نمایش مطرح شد. طرحی که با پیگیری‌های حسین پارسایی و همت صفری خیلی زود به بار نشست.در دو دهه اخیر، تئاترشهر به بزرگ‌ترین و حرفه‌ای‌ترین مرکز تئاتر کشور تبدیل شده است و علاوه بر جشنواره بین‌المللی فجر، آثار فاخری از سوی هنرمندان مطرح کشور و جهان در آن به نمایش در می‌آید.