El proyecto fue elaborado y ejecutado por el arquitecto Narciso Pascual Colomer, iniciándose el 10 de octubre de 1843 y siendo inaugurado el 31 de octubre de 1850 por la reina Isabel II. Durante los siete años que duraron las obras los diputados se vieron obligados a reunirse en el Salón de baile del Teatro Real de Madrid.
Delante del cuerpo central se abre una monumental escalera, flanqueada por los elementos más característicos e icónicos del edificio: dos monumentales leones, obra de Ponciano Ponzano, fundidos en 1866, con los cañones capturados al enemigo en la Guerra de África de 1860. La cultura popular los ha nombrado como Daoíz y Velarde, en honor de los dos capitanes insurrectos muertos durante el levantamiento del dos de mayo.