Московський планетарій розташований недалеко від Садового кільця, біля Московського зоопарку. Ідея будівництва в Москві планетарію належала Давиду Рязанову, який очолював інститут К. Маркса та Ф. Енгельса при ЦВК СРСР спільно з Главнаукой Наркомосу РРФСР. Рішення про будівництво в Москві планетарію було прийнято президією Мосради в 1927 році. Було вирішено збудувати перше в країні новітнє науково-освітня установа – планетарій. Обладнання: проекційний апарат «Планетарій», на той момент було новітнім винаходом світового масштабу. Вперше його показали восени 1923 року. Рязанов був відряджений до Німеччини, для переговорів про виготовлення обладнання для планетарію з компанією Карла Цейса.

В цей час у Москві розроблявся архітектурно-будівельний проект планетарію. За розробку взялися молоді архітектори Барщ і Синявський. Архітектори взяли за основу проекту природну форму яйця, точніше, його форму в геометричному і тектонічному плані. Конструктивіст Олексій Ганн характеризував планетарій, як оптично-науковий театр.

Будівля планетарію було закладено 28 вересня 1928 року, в день осіннього рівнодення. Відкриття відбулося в листопаді 1929 року. У той час планетарій був першим і єдиним в країні і тринадцятим в Європі і в світі.

Основний напрямок діяльності планетарію – популяризація наукових знань в галузі космосу.

У 1977 році Московський планетарій реконструювали. Був встановлений новий апарат, виготовлений в НДР, на заводі «Карл Цейс Йена». Це був апарат з програмним управлінням. Це дало можливість проводити в планетарії автоматизовані аудіо-візуальні подання.

Астрономічний гурток при планетарії відвідували майбутні відомі астрономи Кадашах, Новіков, Гурштейн, Єфремов, Щеглов, Куль та ін. В 1987 році в планетарії проходили підготовку за навігації, всі радянські космонавти.

У 1990 році в планетарії встановили найбільший телескоп у Москві. Доступ до нього відкрили всім бажаючим.

У 1997 році група вчених під керівництвом А. В. Анісімова почала розробку проекту реконструкції планетарію. Анісімов запропонував підняти будинок на 6 метрів. Проект отримав премію та диплом I ступеня Спілки Архітекторів Росії.Це дозволило збільшити площу будівлі. На нових площах розмістили музей, науковий відділ, виставковий зал, підземну стоянку і кафе, а також технічні приміщення.

Розпочато роботи були у 2002 році. Реконструкція була тривалою, причиною цього був спір акціонерів. У 2009 році власником Московського планетарію став Департамент Майна Москви.Було вирішено, що планетарій відкриється в 2010 році, але перенесли відкриття на 12 червня 2011 року.Планетарій відкрили в День Росії.

На підземному поверсі планетарію розташований малий зоряний зал, кінотеатр – 4Д, музей «Лунариум».На першому рівні знаходиться зали, присвячені історії освоєння космосу і зали музею "Уранія". На другому рівні – велика і мала астрономічні обсерваторії, майданчик «Парк неба» та виставка колекції метеоритів. На третьому рівні, під самим куполом, розташований великий зоряний зал. Його проектор дозволяє побачити приблизно 9 тисяч небесних об'єктів та їх переміщення по небу в часі.