Планы по строительству метро в Свердловске появились в конце 1970-х. Сооружение метро началось в августе 1980 года. Первый ковш грунта был вынут на строительстве вертикального шахтного ствола нынешней станции «Уральская». Неровный рельеф города, а также плотная застройка в центре потребовали комбинации станций глубокого и мелкого заложения.

26 апреля 1991 года состоялся торжественный митинг по случаю открытия шестого метро России и тринадцатого (последнего) метро Советского Союза. Однако официальной датой открытия считается 27 апреля, когда в 6 часов утра началось регулярное движение поездов. На первом пусковом участке было только три станции. Из-за отсутствия на этом участке камер съезда для оборота составов, поезда двигались «челночным» способом. В период экономических реформ строительство замедлилось. В середине 1990-х добавились новые участки, которые позволили удвоить протяжённость линии (станции «Уральская», «Динамо» и «Площадь 1905 года»), станция «Геологическая» была открыта в 2002 году. Станция «Ботаническая» была открыта президентом РФ Дмитрием Медведевым в 2011 году, «Чкаловская» — в июле 2012 года.