В мире Московский планетарий стал 13-м по счету. Десять из планетариев находились в Германии, а за ее пределами - всего два. В день открытия планетария в Москве в нем была проведена первая лекция с демонстрацией искусственного звездного неба. В прессе появились восторженные отклики, а В.Маяковский отозвался на событие стихотворением «Пролетарка, пролетарий, заходите в планетарий ...».
В самом начале работы планетария в нем читались всего три лекции по астрономии: «Был ли сотворен мир в шесть дней?», «Земля - шар», «Строение Вселенной». В первый год существования учреждения небольшим коллективом лекторов-изобретателей был создан прибор Восходящее Солнце, который работал вплоть до закрытия планетария в 1994 году.
В 1930-е годы в Московском планетарии работал «Стратосферный комитет», сотрудники которого вели изучение верхних слоев атмосферы и занимались проблемами реактивного движения. Перед Великой Отечественной войной в планетарии существовал и специальный звездный театр, поставивший три пьесы: «Галилей», «Джордано Бруно» и «Коперник».
С началом войны в планетарии проводились специальные лекции военного цикла для разведчиков и военных летчиков. Помимо лекций, в годы войны проводились и выездные лекции по астрономии.
В начале 1960-х годов в Звездном зале Московского планетария проводилась подготовка первых космонавтов по астронавигации, причем лекторам, обучавшим будущих космонавтов, сообщалось, что они готовят летчиков полярной авиации.
В 1977 году планетарий был реконструирован. Вместо старого аппарата был установлен аппарат нового поколения с программным управлением фирмы Карла Цейса. В 1990 году при планетарии была открыта народная обсерватория, в которой поместили самый большой телескоп в Москве, доступный для массовых наблюдений.
В 1994 году здание планетария было признано аварийным и планетарий был закрыт на реконструкцию, которая началась лишь в 2002 году и на текущий момент ещё не завершена. В 2008 планетарий не раз становился объектом судебных разбирательств, вокруг него велись споры хозяйствующих субъектов.
29 мая 2009 года первый заместитель мэра Москвы Владимир Ресин в ходе пресс-конференции сообщил о том, что столичный планетарий начнет свою работу после 15-летней реконструкции в 2010 году. Поживем - увидим.
