Geplant wurde das Opernhaus von den Wiener Architekten August von Sicardsburg, der den Grundplan entwarf, und Eduard van der Nüll, der die Innendekoration gestaltete. Aber auch andere bedeutende Künstler wirkten mit. Etwa Moritz von Schwind, der die Fresken im Foyer und den berühmten "Zauberflöten"-Freskenzyklus in der Loggia malte. Die beiden Architekten erlebten die Eröffnung "ihres" Opernhauses nicht mehr. Der sensible van der Nüll beging Selbstmord, sein Freund Sicardsburg erlag wenig später einem Schlaganfall.

Am 25. Mai 1869 wurde das Haus mit Mozarts Don Giovanni in Anwesenheit von Kaiser Franz Joseph und Kaiserin Elisabeth feierlich eröffnet.

Mit der künstlerischen Ausstrahlung unter den ersten Direktoren Franz von Dingelstedt, Johann Herbeck, Franz Jauner und Wilhelm Jahn wuchs jedoch auch die Popularität des Bauwerkes. Einen ersten Höhepunkt erlebte die Wiener Oper unter dem Direktor Gustav Mahler, der das veraltete Aufführungssystem von Grund auf erneuerte, Präzision und Ensemblegeist stärkte und auch bedeutende bildende Künstler (darunter Alfred Roller) zur Formung der neuen Bühnenästhetik heranzog.

Ein dunkles Kapitel in der Geschichte des Hauses sind die Jahre von 1938 bis 1945, als im Nationalsozialismus viele Mitglieder des Hauses verfolgt, vertrieben und ermordet wurden, zahlreiche Werke nicht mehr gespielt werden durften.

Am 12. März 1945 wurde das Haus am Ring durch Bombentreffer weitgehend verwüstet, doch bereits am 1. Mai 1945 wurde die "Staatsoper in der Volksoper" mit einer Aufführung von Mozarts Le Nozze di Figaro eröffnet, am 6. Oktober 1945 folgte die Wiedereröffnung des in aller Eile restaurierten Theaters an der Wien mit Beethovens Fidelio. Damit gab es für die nächsten zehn Jahre zwei Spielstätten, während das eigentliche Stammhaus mit großem Aufwand wiedererrichtet wurde.

Schon am 24. Mai 1945 hatte der Staatssekretär für öffentliche Bauten, Ing. Julius Raab, den Wiederaufbau der Wiener Staatsoper verkündet. Nur die Hauptfassade, die Feststiege und das Schwindfoyer waren von den Bomben verschont geblieben - mit neuem Zuschauerraum und modernisierter Technik wurde die Wiener Staatsoper glanzvoll mit Beethovens Fidelio unter Karl Böhm am 5. November 1955 wiedereröffnet. Die Eröffnungsfeierlichkeiten wurden vom Österreichischen Fernsehen übertragen und in der ganzen Welt zugleich als Lebenszeichen der neuerstandenen 2. Republik verstanden.

Heute gilt die Wiener Staatsoper als eines der wichtigsten Opernhäuser der Welt, vor allem als das Haus mit dem größten Repertoire. Direktor ist seit 1. September 2010 Dominique Meyer, Ballettdirektor Manuel Legris.