В двадцатых годах прошлого века в окрестностях нынешнего планетария были огороды. Архитекторы Михаил Барщ и Михаил Синявский разработали проект в стиле конструктивизм. На пустыре быстро выросли строительные леса необычной цилиндрической формы. Строительство «оптического научного театра», как тогда называли планетарий, было самым значительным событием в жизни столицы.
5 ноября 1929 года состоялось торжественное открытие Московского планетария. К тому времени в мире существовало всего 12 планетариев, 10 — в Германии, а по одному в Италии и Австрии.
Сердцем планетария стал звездный зал: на темном куполе над головами посетителей кружились звезды.
А к 1934 году звезды уже мерцали, плыли облака, ходила по небу комета, колыхались полярные сияния, шел августовский звездопад, происходили солнечные затмения, ракета Циолковского летела с огненным хвостом. Ничего подобного не было ни в одном планетарии мира до конца 1950-х годов.
В том же году при Московском планетарии начал работу первый астрономический кружок. Такими юношескими астрономическими школами также не могла похвастать ни одна иная страна. Выпускники астрономических кружков Московского планетария составляют сегодня цвет и гордость отечественной науки о звездах.
Кроме того, в 1930-х годах на базе планетария работал Стратосферный комитет. Его сотрудники изучали верхние слои атмосферы и реактивное движение. В подвале планетария были сконструированы и изготовлены первые жидкостные ракеты. Из группы ракетчиков Московского планетария выросло всемирно известное ракетное конструкторское бюро (КБ-7).
В предвоенные годы планетарий превратился в звездный театр. В купольном зале шли тематические спектакли «Галилей», «Джордано Бруно» и «Коперник».