Se inauguró el 21 de febrero de 2006, tras la culminación del proyecto de reconstrucción del Teatro Olimpia que se había acordado en junio de 1999 entre el Instituto de las Artes Escénicas y de la Música (INAEM) y el Ayuntamiento de Madrid, en el marco del plan general de rehabilitación del centro histórico de la ciudad.

En el lugar que ahora ocupa el Teatro Valle-Inclán –sede del Centro Dramático Nacional (CDN) junto al histórico María Guerrero–, se erigía la Sala Olimpia, inaugurada el 14 de noviembre de 1926 con un diseño destinado, originalmente, a la exhibición de películas, aunque para su apertura se ofreció un espectáculo de variedades.

Desde diciembre de 1979 y durante cinco años, la sala se utilizó como teatro gestionada por la Asociación Cultural La Corrala, hasta que el 20 de julio de 1984 se convierte en la sede del Centro Nacional de Nuevas Tendencias Escénicas (CNNTE), extinta unidad de producción del INAEM destinada a impulsar creaciones alternativas y nuevos lenguajes dramáticos.

Tras la desaparición del CNNTE en 1994, el edificio pasó a depender del Centro Dramático Nacional y adquirió la denominación de Teatro Olimpia. Tras el convenio de reconstrucción firmado entre el INAEM y el Ayuntamiento de Madrid, el edificio fue demolido y en su lugar se construyó el actual Teatro Valle-Inclán, obra de los arquitectos Ignacio García Pedrosa y Ángela García de Paredes.

Su sala principal tiene un aforo de 470 butacas.