En 1898, l’aspect démodé et l’insuffisance des services du casino de Napoléon III imposent l’inscription de son agrandissement au programme des grands travaux prescrits à la Compagnie Fermière lors du renouvellement de son bail.
Un nouveau théâtre de 1 480 places est construit par les architectes Charles Le Cœur et Lucien Woog. C’est alors la plus grande salle de France après l’Opéra Garnier. Elle est inaugurée le 2 juin 1901 avec une représentation de l’opéra Aïda de Giuseppe Verdi.
Sa structure métallique sans piliers et sa décoration de style Art nouveau, mêlant motifs végétaux et attributs du théâtre et de la musique dans les tons or et ivoire, en font une salle exceptionnelle. Cette décoration est l’œuvre d’une équipe de jeunes artistes : Léon Rudnicki pour la peinture, Pierre Seguin pour le staff et Émile Robert pour la ferronnerie.
Jusque dans les années 1960, l’opéra attire les chefs, solistes et étoiles des grandes scènes européennes fermées pendant la saison estivale. Il entretient également un orchestre de 80 musiciens assurant environ 90 représentations chaque été.
Le 10 juillet 1940, la salle sera le théâtre du vote des pleins pouvoirs au maréchal Pétain malgré l’opposition de 80 parlementaires. Une restauration à l’identique menée en 1995 a permis à l’opéra de retrouver tout son éclat ; il accueille désormais des spectacles tout au long de l’année.