Самые первые предложения по созданию метро в Москве появились ещё в 1875 году, когда возникла идея проложить линию от Курского вокзала через Лубянскую и Пушкинскую площади до Марьиной рощи. Но до проекта дело так и не дошло.
Первый из проектов московского метро был разработан в 1901 году. В 1902 году инженеры Балинский и Кнорре предложили проект, по которому метро должно было соединить Замоскворечье с Тверской заставой подземной линией. Однако городская дума отклонила его, вынеся резолюцию: «Господам Кнорре и Балинскому в их домогательствах отказать…». Гласные (депутаты) думы усомнились в достаточной проработанности проекта, к тому же сыграло свою роль и существовавшее на тот момент трамвайное лобби (трамвай приносил тогда значительную часть прибыли в казну).
До Первой мировой войны предлагались и другие проекты. В 1925 году был разработан проект Мясницкого радиуса, но он не был реализован.
Возросшая транспортная нагрузка потребовала принятия решения о строительстве метрополитена. К проектированию метро привлекались известные иностранные компании, например, Siemens Bauunion GmbH.
Первая линия открылась 15 мая 1935 года и шла от «Сокольников» до «Парка культуры», с ответвлением на «Смоленскую» (это ответвление, Арбатская линия, в 1937 году дошло до «Киевской», пересекая при этом Москву-реку по мосту). До начала Великой Отечественной войны были открыты ещё две линии. В марте 1938 года Арбатская линия была продлена до «Курской» (теперь этот участок относится к Арбатско-Покровской линии). В сентябре 1938 года открылась Горьковско-Замоскворецкая линия — от «Сокола» до «Площади Свердлова» (с 1990 года «Театральная»).
Проекты строительства третьей очереди Московского метрополитена были отложены во время Великой Отечественной войны. Были введены в строй два отрезка пути: «Площадь Свердлова» — «Завод имени Сталина» (с 1956 года «Автозаводская») (с пересечением Москвы-реки в глубоком туннеле; станции «Павелецкая» и «Новокузнецкая» были открыты позже) и «Курская» — «Измайловский Парк» (с 2005 года «Партизанская») (4 станции).
Осенью 1941 года метро использовалось как бомбоубежище, часть вагонов была эвакуирована. Постановление Государственного комитета обороны от 15 октября 1941 года предполагало уничтожение оборудования метро в случае появления войск противника «у ворот Москвы».
15 октября 1941 года поступил приказ закрыть Московский метрополитен. Его планировалось уничтожить, а оставшиеся вагоны и оборудование эвакуировать. Ночью началась подготовка к затоплению метрополитена, его объекты минировались, рубился электрокабель, на «Динамо» приступили к демонтажу эскалаторов, на подстанциях демонтировались трансформаторы, а в депо «Сокол» готовились к эвакуации последние вагоны. Утром 16 октября 1941 года Московский метрополитен впервые не был открыт.
После войны началось строительство четвёртой очереди метрополитена — Кольцевой линии и глубокой части Арбатской линии от «Площади Революции» до «Киевской».
Кольцевую линию первоначально планировали строить под Садовым кольцом (которое примерно соответствует границе Москвы XVI века). Первая очередь линии — от «Парка культуры» до «Курской» (1950) расположена как раз под Садовым кольцом. Но позже было решено строить северную часть Кольцевой линии на 1—1,5 км от Садового кольца, таким образом обеспечивая доступ к 7 из 9 вокзалов столицы. Вторая очередь Кольцевой линии открылась в 1952 году («Курская» — «Белорусская»), а в 1954 году строительство линии было завершено.