L'edificio, in stile neoclassico, è stato inaugurato nel 1827 ed è opera dell'architetto Pietro Ghinelli. Sul timpano, opera dello scultore neoclassico Giacomo De Maria, è presente un bassorilievo che rappresenta le nove Muse dalle quali il teatro prende il nome, Apollo, dio delle arti, e Palemone, dio dei porti. La scena illustra allegoricamente la nascita del teatro anconitano: le Muse lasciano saltuariamente la loro dimora sul Parnaso (che si intravede nello sfondo) per ispirare gli artisti del teatro di Ancona, posto sulle rive del porto (simboleggiato da Palemone appoggiato alla poppa di una nave classica).

 

I bombardamenti della Seconda guerra mondiale danneggiarono la copertura e ciò comportò l'interruzione delle attività del teatro, durata poi ben 59 anni. Negli anni settanta l'edificio subì la demolizione della sala e la costruzione di strutture in cemento armato. Dopo lunghi lavori, il teatro venne nuovamente inaugurato, con una sala moderna, nel 2002.

 

All'interno dell'edificio è presente anche un ridotto da 180 posti.

 

Il primo edificio in città espressamente destinato ad essere usato come teatro fu inaugurato il 6 maggio 1665 con il nome di Teatro dell'Arsenale con Il Giasone di Cavalli; esso fu distrutto nel novembre 1709 da un grave incendio.

 

Due anni dopo fu inaugurato un nuovo edificio con il nome di Teatro della Fenice (il nome ricordava la ricostruzione sulle ceneri del precedente edificio). Una buona parte dei costi per la costruzione del nuovo teatro fu coperta dalle donazioni di facoltose famiglie di Ancona che, in cambio, entrarono a far parte della nobiltà cittadina.

 

Nel 1714 al Teatro della Fenice suonava il celebre violinista Giuseppe Tartini che qui elaborò un modo nuovo di suonare il violino scoprendo il fenomeno del terzo suono (toni risultanti o toni di Tartini) ovvero della risonanza della terza nota dell'accordo, quando si fanno sentire le due note superiori.

 

Quando il Teatro della Fenice mostrò i segni di un irreparabile degrado, si decise di costruire un nuovo edificio. Furono presentate diverse soluzioni, una delle quali prevedeva che il teatro fosse realizzato in Piazza Grande (ora P. del Plebiscito). Il 12 febbraio 1819, una commissione apposita decise per la collocazione attuale, al posto del medioevale Palazzo del Bargello, che fu quindi demolito.

 

Il progetto per l'attuale teatro venne redatto in stile neoclassico dall'architetto Pietro Ghinelli. Come nel caso del teatro La Fenice, anche questa volta ci fu un notevole aiuto economico da parte della popolazione e dall'Associazione dei palchettisti, ovvero delle famiglie che in cambio del finanziamento ricevevano la proprietà di un palco.

 

I lavori iniziano nel 1822 e l'inaugurazione avvenne il 28 aprile 1827 con due opere di Gioachino Rossini: Aureliano in Palmira e Ricciardo e Zoraide. La sala aveva una forma di ferro di cavallo con quattro ordini di palchi ed un loggione, il palco aveva una dimensione di 23 m × 17 m, l'acustica era considerata fra le migliori.

 

Durante la prima fase dell'attività del teatro (durata 116 anni) furono proposti oltre 360 lavori operistici, con più di 3.460 allestimenti. L'ultima rappresentazione di questa prima fase ci fu durante l'occupazione tedesca.

 

Il sipario rappresentava un momento fondamentale della storia cittadina: l'imperatore Traiano che sfilava trionfalmente sotto l'arco a lui dedicato, per celebrare la vittoria nelle guerre daciche. La scelta di raffigurare questo episodio intendeva ricordare il ruolo di Ancona come porta d'Oriente, aperta verso nuovi orizzonti geografici e culturali.

 

All'interno del Teatro trasferì la propria sede il Casino Dorico, società fondata nel 1806, ritrovo culturale e mondano della nobiltà cittadina; nelle sue sale si organizzavano feste danzanti, competizioni di poesia e di canto, concerti, ricevimenti e conferenze.

 

Fra il 1881 e il 1949 la piazza antistante fu sede di uno dei principali capolinea della rete tranviaria di Ancona, a sottolineare l'importanza del teatro.

 

Il 1º novembre 1943 un bombardamento dell'aviazione inglese danneggiò la copertura dell'edificio, che dovette interrompere così la sua attività.

 

Il restauro iniziò solo nei primi anni sessanta; suscitò molte critiche la decisione di demolire e ricostruire la sala interna con strutture moderne lasciando intatti solo lo scalone d'onore, le facciate esterne e il salone delle feste. Anche a causa di queste polemiche, oltre che per problemi sorti con la società dei palchettisti, il progetto venne accantonato.

 

Le sale del Casino Dorico, non toccate dalla guerra, vennero decorate in stile moderno dall'arch. Leonello Cipolloni e al loro interno continuarono a svolgersi feste e incontri culturali; naturalmente questi incontri erano ormai aperti a tutta la cittadinanza, e non solo ai nobili.

 

Successivamente venne elaborato il progetto che portò al teatro attuale, affidato agli architetti Danilo Guerri e Paola Salmoni; esso ha previsto il restauro di ciò che rimaneva del teatro ottocentesco e la realizzazione di una sala moderna concepita come una grande piazza. Venne realizzato anche un sipario tagliafuoco su disegno di Valeriano Trubbiani.

 

Il teatro venne finalmente riaperto al pubblico il 13 ottobre 2002, dopo 59 anni. L'evento tanto atteso da tutta la cittadinanza fu sentito dai cittadini come uno storico segno di rinascita culturale e di riscatto. Il concerto inaugurale fu diretto dal maestro Riccardo Muti. Durante il concerto inaugurale il maestro Riccardo Muti si complimentò con la città per la tenacia con la quale perseguì l'obiettivo di riaprire il proprio massimo teatro; non risparmiò però critiche al progetto realizzato, per il fatto che aveva portato all'installazione di costose ringhiere che impedivano una buona visibilità a numerosi spettatori. Le ringhiere furono successivamente modificate.

 

Particolarmente apprezzato fu il sipario tagliafuoco di Trubbiani che, unico nel suo genere, fu pensato come opera d'arte e non come mero ausilio di sicurezza. È ispirato al precedente sipario ottocentesco e raffigura con ironia il trionfo di Traiano, con un gigantesco sole raggiato che simboleggia la ritrovata vitalità del Teatro.

 

Il tenore anconitano Franco Corelli, assurto a fama mondiale, era presente all'inaugurazione del 2002. Dopo la sua morte lo si volle ricordare ponendo alla sommità dello scalone ottocentesco d'ingresso un busto, opera dello scultore Guido Armeni, e un ritratto in abiti di scena; inoltre il nome di Corelli si affiancò al titolo ufficiale del Teatro.

 

Attualmente il Teatro delle Muse ospita una stagione operistica che ha una risonanza anche nazionale, soprattutto per le nuove produzioni, che poi vengono esportate in altri teatri italiani. Inoltre è sede del Teatro Stabile delle Marche (uno dei diciassette teatri pubblici nazionali), dell'Orchestra Filarmonica Marchigiana (una delle tredici Istituzioni Concertistiche Orchestrali italiane riconosciute dal Ministero per i Beni e le Attività Culturali), della Corale Marchigiana Vincenzo Bellini. Un settore dell'edificio accoglie un centro di documentazione, che conserva testimonianze della secolare attività del Teatro delle Muse e raccoglie la documentazione delle stagioni più recenti.

 

Durante l'estate 2018 ha ospitato le Audizioni di Italia's got talent.