
Architekt Garnier navrhl budovu, která měla svou pompézností a luxusem oslavit císařství. Proto zvolil v architektuře i výzdobě novobarokní styl. Ve velkoleposti stavby se odráží i skutečnost, že v 19. století byla návštěva opery především společenskou událostí. S ohledem na tyto potřeby architekt vytvořil velkolepé mramorové schodiště, Grand Foyer, okrouhlý Salon du Glacier a v červené a zlaté barvě zdobené obrovské hlediště. Hlediště ve tvaru podkovy neumožňuje dobrý výhled na jeviště především na jeho okrajích, kde diváci sedí proti sobě. Se svou rozlohou 11 237 m² je největším divadlem na světě. Hlavní sál je osvětlen osmitunovým křišťálovým lustrem, na schodiště bylo použito přes 30 druhů mramoru.
V roce 1963 vytvořil Marc Chagall novou malbu pro strop v hledišti. Původní malba nebyla zničena, ale zůstala uchována pod novým obrazem. Návrh původní nástropní malby je k vidění v muzeu v Palais Garnier.
Staveniště vybral prefekt Haussmann v rámci probíhající přestavby Paříže a v architektonické soutěži v roce 1858 překvapivě vyhrál mladý a nepříliš známý architekt Garnier. V roce 1860 začaly obtížné a zdlouhavé stavební práce. Už samotný terén působil stavitelům problémy, protože vysoká hladina podzemní vody znesnadňovala položení základů. Pod budovou opery byla vytvořena rozsáhlá podzemní sběrná nádrž, která je pravidelně kontrolována hasiči a odčerpávána. Kromě toho byla výstavba zpožděna prusko-francouzskou válkou a zánikem Druhého císařství. Po požáru tehdejší operní budovy v roce 1873 rozhodla vláda Třetí republiky o dokončení stavby a nový operní dům byl slavnostně otevřen 5. ledna 1875. Tento operní dům je dějištěm příběhu o Fantomovi opery. Reálnou základnou pro jeho vznik byly tajemné zvuky z podzemí během prvních představení a rovněž nikdy plně neobjasněná nehoda, při které 20. května 1896 spadlo protizávaží těžkého lustru a zabilo 56letou domovnici Mme Chomette. Tyto události a strach zaměstnanců z rozsáhlého labyrintu chodeb v suterénu a podzemních zásobáren vody vytvořily mýtus o Fantomovi pařížské opery..