Ateneul Român a fost ridicat în Grădina Episcopiei, teren ce aparținea familiei Văcăreștilor. La recomandarea arhitectului francez Charles Garnier, autorul Opéra Garnier din Paris, planurile clădirii au fost concepute de arhitectul francez Albert Galleron, în așa fel încât să se poată folosi fundația deja turnată a manejului început de „Societatea Equestra Română”. Clădirea a fost inaugurată la 14 februarie 1888.
În 1935, la inițiativa lui George Enescu, au fost strânse fonduri pentru construcția orgii de concert, amplasată în fundalul scenei. Orga a fost construită de firma E.F. Walcker & Co. Ludwigsburg Württemberg și a fost inaugurată la 22 aprilie 1939 printr-un concert susținut de Franz Schütz, director al Hochschule für Musik din Viena.
Circular, dominat de o mare cupolă, cu fațada principală în stil neoclasic, Ateneul are aspectul unui templu ionic, cu șase coloane frontale și două laterale. La intrarea principală, cele opt coloane ionice au proporții similare coloanelor templului Erechteion de pe Acropole.
Împrejurul marii cupole a edificiului se pot vedea, săpate în zid, numele unor învățați cunoscuți. Printre ele, cel al lui Miron Costin, Gheorghe Șincai, Dimitrie Cantemir, Ion Heliade Rădulescu, Timotei Cipariu.
Fațada este un peristil cu lățimea de 48 metri. Sub peristil se află cinci medalioane în mozaic care îi reprezintă pe cinci mari domnitori ai țării: Neagoe Basarab, Alexandru cel Bun, regele Carol I al României, Vasile Lupu și Matei Basarab.
Înălțimea totală a clădirii, până în vârful cupolei, este de 41 metri. În interior, sala de concerte, cu un diametru de 28,50 metri, și o înălțime de 16 metri, are 600 de locuri la parter și 52 de loji.
Într-o conferință din februarie 1888 Alexandru Odobescu declara: „N-ar fi o adevărată minune a artei picturale feeria de scene din istoria națională cu care dorim a vedea acoperită friza ce înconjoară sala circulară a viitorului nostru ateneu?”
Câțiva ani după aceea, pe peretele circular al ateneului a fost scris cu literele aurite: „Loc rezervat marei fresce ce va reprezenta fazele principale ale istoriei românilor”.
În anul 1901, pictorul Ștefan Popescu a prezentat prima ofertă pentru înfăptuirea acestei opere de artă. Oferta i-a fost refuzată, deoarece suma necesară, cel puțin 80.000 de lei a părut enormă.
În 1933, după 32 de ani, a început ornamentarea frizei, acceptându-se proiectul elaborat de pictorul Costin Petrescu. Fresca, începută în 1933 și inaugurată în seara zilei de 26 mai 1939, lată de 3 metri și lungă de 70 de metri, se întinde deasupra lojilor, de jur împrejurul tamburului cupolei, cu excepția locului unde se află scena. Este alcătuită din 25 de scene reprezentative din istoria României.
În 1940, Ion Antonescu, care preluase puterea în România, i-a cerut pictorului Costin Petrescu să-l elimine din frescă pe fostul rege Carol al II-lea, devenit indezirabil. În locul fostului rege, Costin Petrescu a pictat alegoria țărăncilor reprezentând provinciile României Mari reunite: Vechiul Regat, Transilvania, Basarabia și Bucovina.
În perioada 21-23 februarie 1948, în clădirea Ateneului Român a avut loc Congresul de unificare a PCR cu PSD și formare a PMR. În pregătirea congresului, fresca de la Ateneu, pictată de Costin Petrescu, a fost acoperită cu catifea roșie, cu scopul de a ascunde rolul monarhiei în istoria României.
În perioada 1966-1967, în Ateneu au fost executate ample lucrări de introducere a aerului condiționat, refacerea tavanului, schimbarea fotoliilor, redistribuirea lojilor, lărgirea avanscenelor. Cu această ocazie a fost îndepărtată și catifeaua roșie care acoperea fresca ce a stat ascunsă privirilor aproape două decenii. Tot Costin Petrescu a realizat și mozaicurile exterioare de la Ateneul Român.
În perioada antebelică, aleile Grădinii Ateneului erau împodobite cu busturile care reprezentau mari oameni politici, de cultură sau artiști români.
Din păcate, acestea nu s-au păstrat. După îndepărtarea acestora, în fața Ateneului a fost instalată o singură statuie, „Alergătorii”, realizată în 1913 de sculptorul Alfred Boucher.
Ateneul a fost consolidat, restaurat și modernizat în perioada 1994-2004 de mai mulți arhitecți și ingineri. A fost redeschis în 2005, cu ocazia ediției a XVII-a a Festivalului Internațional George Enescu.
În ziua de 21 martie 2007, cu prilejul marcării în România a aniversării a 50 de ani de la semnarea Tratatului de la Roma, care a instituit Comunitatea Economică Europeană, pe zidul Ateneului Român a fost așezată o placă spre a marca includerea acestui monument pe lista Patrimoniului European.
La Ateneul Român, au concertat toți consacrații și tinerii artiști profesioniști ai țării, au urcat pe scenă multe formații și soliști de nivel mondial, și tot aici s-au lansat capodopere ale literaturii muzicale autohtone.