Театр был организован в 1925 году как Украинская государственная столичная опера, на базе постоянной с 1880 года в оперной антрепризы. Харьковская антреприза впервые на Украине поставила украинские оперы «Рождественская ночь» и «Утопленная» Н. Лысенко; с 1918 носила название Народной Оперы, с 1920 Русской государственной оперы.
До 1934 года в театре были поставлены 32 оперы и 11 балетов, в том чис
ле: «Золотой обруч» Б. Лятошинского, «Кармелюк» В. Костенко, «Купало» А. Вахнянина, «Тарас Бульба» Н. Лысенко, «Яблоневый плен» О. Чишко, «Русалка» А. Даргомыжского и «Князь Игорь» А. Бородина; из балетов — «Ференджи» Б. Яновского и «Пан Канёвский» М. Вериковского, в котором балетмейстер В. Литвиненко впервые соединил элементы классического балета с элементами украинского народного танца.
Были поставлены многочисленные оперы мирового и русского репертуара: «Ожерелье Мадонны» Э. Вольф-Феррари и «Турандот» Дж. Пуччини.
За 1934—1941 годы были поставлены спектакли «Запорожец за Дунаем» С. Гулака-Артемовского и «Наталка Полтавка» Н. Лысенко; лучшим спектаклем из мировой классики были «Гугеноты» Д. Мейербера.
Во время Великой Отечественной войны театр работал сначала в Чите, а со временем в Иркутске (вместе с Киевской оперой). В 1944 году театру присвоено имя известного украинского композитора Н. В. Лысенко. После 1945 года в репертуаре театра появились оперы «Наймычка» М. Варшавского, «Богдан Хмельницкий» и «Назар Стодоля» К. Данькевича и «Буковинцы» М. Карминского; из балетов «Данко», «Таврия», «Мещанин из Тосканы», «Весенняя сказка» В. Нахабина, «Лилея» К. Данькевича и многочисленные постановки классики.
В 1970-х годах были поставлены новый спектакль «Тарас Бульба» (режиссёр В. Скляренко, оформление А. Петрицкий), и балеты — «Лесная песня» М. Скорульского (1970, 1980), «Каменный хозяин» В. Губаренко (1972 и 1974).
Репертуар театра составляют около 50 опер и балетов, в основном украинская и русская классика, а также итальянские оперы. Ставятся произведения Н. Лысенко, М. Мусоргского, С. Гулака-Артемовского, П. Чайковского, С. Рахманинова, С. Прокофьева, И.Стравинского, Дж. Верди, Дж. Пуччини, Д. Россини, Ш. Гуно, Р. Леонкавалло, А. Адана, Ф. Амирова, К. Сен-Санса. В репертуаре для детей есть музыкальные постановки на сюжеты известных сказок: «Красная шапочка», «Белоснежка и семь гномов», «Щелкунчик». Театр предлагает также концертные программы в исполнении исполнителей оперной и балетной сцены. Ежегодно в мае-июне театр проводит фестиваль оперных басов.
