Az Uránia Nemzeti Filmszínház épülete az 1890-es évek közepén épült az akkori Kerepesi, ma Rákóczi úton. Egyes források az 1893-as évet jelölik meg az építkezés kezdeteként, mások 1895-öt, az azonban biztos, hogy mulatónak, azaz korabeli kifejezéssel élve, "orfeumnak" épült.
Építtetője Rimanóczy Kálmán nagyváradi építési vállalkozó volt, az épületet Schmal Henrik tervezte, aki sikeresen ötvözte a velencei gótika, az itáliai reneszánsz formai elemeit az arab-mór építészet díszítőelemeivel, így jött létre Budapest egyik legmeghatározóbb "mór" stílusú épülete.
Az orfeum kezdetben Caprice néven működött, majd a tulajdonos Oroszi Antal tönkrementével Alhambra elnevezéssel működött tovább, később vándorkomédiások vették birtokba, egészen 1899-ig, amikor áprilisban, az egykori mulatóban megnyitották az Uránia Tudományos Színházat.
A XIX. század második felében világszerte tért hódított a felnőttek művelődését célzó szabad tanítás gondolata és mozgalma. 1897-ben a Magyar Tudományos Akadémia kezdeményezésére megalakult az Uránia Tudományos Társaság, mely a tudomány népszerűsítését tűzte zászlajára és rendszeresen tartott előadásokat, felolvasásokat a budapesti polgárok épülésére.
Az Uránia Tudományos Színházat, ezt az új intézményt 1899-ben felszerelték álló és később mozgóképek bemutatására alkalmas vetítőberendezésekkel - így indult útjára az immár több mint 100 éves Uránia filmszínház.
Az Uránia neve elválaszthatatlan "A táncz"-tól, ez lett a címe ugyanis az első magyar mozgófilmnek, melynek jeleneteit az Uránia Tudományos Színház tetőteraszán rögzítette Zitkovszky Béla. "A táncz" című film kultúrtörténeti anyagát Pekár Gyula és Kern Aurél zenetörténész állította össze, a filmen Blaha Lujza, Márkus Emília, Pálmay Ilka, Fedák Sári és a budapesti Operaház balerinái különböző táncokat mutatnak be a csárdástól az angol táncig. A magyar filmtörténet nagy szomorúságára a filmből egyetlen példány sem maradt az utókorra, csak az előadás nyomtatott szövege, néhány állófotó a forgatásról és a színlap maradt ránk.
Az Uránia-beli tudományos-ismeretterjesztő előadások népszerűségét jelzi, hogy Karinthy Frigyes is megörökítette az Így írtok ti című művében, címe: A bőr, "alcím: tudományos előadás három részben, 114 színesen vetített képpel és 18 mozgófényképpel." Sokat idézett mondása e humoreszknek: "Már a régi görögöknél találjuk a bőrt..."
1916-tól kezdve az Uránia filmszínházi műsorok bemutatására tér át, a tudományos előadások délutánra szorulnak, majd idővel teljesen megszűnnek.
1930-ban új korszak nyílt az Uránia épületében, Pekár Gyula eladta a legszebb pesti mozit az UFA (német) Filmgyárnak, ettől kezdve UFA Palota lett belőle s főként az UFA filmjeit játszotta nagy sikerrel.
A második világháború után a Szovexport mozija lett, 1945 februárjában itt tartották az első háború utáni filmelőadást, mely természetesen a győzedelmes Vörös Hadsereg küzdelmeit mutatta be. Később az épület újra visszakerült magyar tulajdonba s lett a főváros kedvelt mozija.
A kulturális kormányzat 2002-ben eredeti szépségében újíttatta fel a több mint százéves épületet s a 425 fős díszterem mellé még két 60 fős kistermet is kialakítottak az Uránia épületében.

2002 áprilisában nyílt meg újra Budapest talán legszebb mozija, azóta újra a film és moziszerető közönség otthona, filmfesztiválok, díszbemutatók és más rangos filmszakmai események helyszíne.
Az Uránia Nemzeti Filmszínház 2006-ban Europa Nostra díjat kapott.

2005. februárja óta az Uránia Nemzeti Filmszínház igazgatója Bakos Edit.