En el centro de la ciudad, y concretamente en los alrededores de la Puerta del Sol había ya a finales del siglo XIX un tráfico tal de tranvías y de carruajes que, desde 1892, se propuso la construcción del metro. Pedro García Faria proyectaba llevar a cabo una red de cinco líneas, que debían también poder transportar mercancías. Aunque Faria obtuvo la concesión al proyecto, las obras no llegaron a ejecutarse.
En 1913, cuando Madrid contaba unos 600.000 habitantes, los ingenieros Miguel Otamendi, Carlos Mendoza y Antonio González Echarte presentaron un nuevo proyecto de red de metro. Proveería a la ciudad de cuatro líneas con una longitud total de 154 km . Su trayecto comprendía exactamente el mismo recorrido de las líneas 1, 2, 3 y 4 del metro actual. Las obras empezaron el 19 de septiembre de 1916. Antonio Palacios será el arquitecto que diseñe las principales estaciones y bocas del metro madrileño hasta que muriera en 1945.
El 17 de octubre de 1919 el rey Alfonso XIII inaugura la primera línea entre la Puerta del Sol y Cuatro Caminos. La línea tenía 3,48 km y 8 estaciones. Es tal el éxito del nuevo medio de transporte que en el primer año es usado por más de 14 millones de usuarios. En 1924 se instaura por primera vez el billete de ida y vuelta[cita requerida] y en 1926 ya hay 14,8 km de vías.[13]
En 1955 se promulga el decreto de Ley de Régimen Compartido de Financiación por el cual se crea la Compañía Metropolitana de Madrid, que se encargará de la explotación comercial del servicio y de la compra del parque móvil, mientras que el Estado sigue siendo el encargado de la realización de las infraestructuras de las nuevas líneas. Asimismo se comienza con la ampliación de los andenes de 60 a 90 m para permitir el uso de trenes con 6 coches.
Debido a problemas económicos de la compañía, el Estado interviene la compañía a través del Real Decreto-Ley de 7 de Junio de 1978. Durante los primeros años de democracia se inauguran nuevas líneas, superando el tamaño de la red los 100 km . En 1986 la Comunidad de Madrid y el Ayuntamiento de Madrid asumen el control del metro. En el plan de ampliación de 1995-1999 se crearon numerosas líneas nuevas de forma que fueron superados los 170 km y se renovó el parque móvil con la adquisición de nuevos trenes.
Actualmente el metro de Madrid alcanza los 317 km y 316 estaciones, llega a municipios del área metropolitana de Madrid como Móstoles, Getafe, Arganda del Rey, Alcobendas, San Fernando de Henares o Pozuelo de Alarcón entre otros y comunica el centro de Madrid con el Aeropuerto de Madrid-Barajas.