Nel 1756 il Senato bolognese, grazie anche all'impegno concreto del Cardinal Lambertini, affida l'incarico di redigere un nuovo progetto di teatro al celebre scenografo e architetto Antonio Galli Bibiena. Il nuovo edificio sorse nella strada San Donato (attuale via Zamboni) sull'area occupata dal magnifico palazzo Bentivoglio distrutto a furor di popolo nel 1507. Il progetto originale del Bibiena, il cui modellino ligneo è attualmente esposto al Museo della Musica di Bologna, viene ridimensionato anche per ragioni economiche in seguito alle critiche mosse dagli architetti dell'Accademia Clementina (tra cui A. Torreggiani e C. F. Dotti). Numerose elaborazioni intermedie si rendono necessarie prima di approdare alla realizzazione attuale: riduzione del boccascena, delle decorazioni in facciata, della curvatura a campana, etc. .
L'inaugurazione avviene nel 1763 con l'opera inedita 'Il Trionfo di Clelia' di Metastasio con musiche di Gluck e scenografie dello stesso Bibiena. Una completa ristrutturazione dei camerini, del palcoscenico e dell'apparato teatrale viene condotta tra 1818 e 1820 dall'architetto comunale Giuseppe Tubertini. Nel settimo decennio dello stesso secolo il soffitto della platea viene ridipinto da Luigi Busi e Luigi Samoggia mentre Coriolano Monti si occupa del rifacimento della facciata posteriore. Quella principale viene completata invece solo nel 1935-6 da Umberto Ricci dopo che pochi anni prima un incendio aveva distrutto il palcoscenico e il sipario di N. Angiolini.
Il teatro  è un ente autonomo ed è dotato, oltre ai normali servizi, di un archivio storico, di una biblioteca, di una sala per coristi e di una per le prove dell'orchestra.