В Лаврушинском переулке Замоскворечья, в доме, который семья Третьяковых купила в 1851 году, находится основное здание Третьяковской галереи. Так как рост собрания постоянно превосходил экспозиционные возможности Галереи, к жилой части особняка постепенно пристраивались новые помещения, необходимые для хранения и демонстрации произведений искусств. Подобные пристройки были сделаны в 1873, 1882, 1885, 1892 и 1902 — 1904, когда появился знаменитый Васнецовский фасад, который стал эмблемой Третьяковской галереи.
2 апреля 1913 года Московская городская дума избрала попечителем Третьяковской галереи Игоря Эммануиловича Грабаря, видного художника, архитектора и историка искусства. Главное, чем ознаменовалась деятельность Грабаря, – реформы, превратившие Третьяковскую галерею в музей европейского типа с экспозицией, построенной по хронологическому принципу. В начале декабря 1913 года, к пятнадцатой годовщине смерти основателя Галереи, реформированный музей был открыт для публики. 3 июня 1918 года Совнарком издал Декрет, который объявлял Третьяковскую галерею государственной собственностью Российской Федеративной Советской Республики. С этого момента музей стал называться Государственной Третьяковской галереей. После национализации директором Галереи был назначен И. Э. Грабарь. За первые же годы Советской власти собрание Галереи значительно увеличилось, что вновь остро поставило вопрос о расширении ее площадей.
Многое сделал для расширения имеющегося помещения и пристройки нового академик архитектуры А. В. Щусев, ставший директором в 1926 году. В 1927 году Галерея получила соседний дом по Малому Толмачевскому переулку (бывший дом Соколикова). После перестройки в 1928 году он превратился в служебное здание, где разместилась администрация Галереи, научные отделы, библиотека, отдел рукописей, фонды графики. К Галерее это здание присоединялось специальной пристройкой. В 1928 году коренным образом были переоборудованы отопление и вентиляция. В 1929 году Галерея была электрифицирована (до этого она была открыта для посетителей лишь в дневное время).
В 1929 году была закрыта церковь Святителя Николая в Толмачах, а в 1932 году ее здание было передано Галерее и стало запасником живописи и скульптуры. Позже оно было соединено с экспозиционными залами заново выстроенным двухэтажным корпусом, верхний этаж которого был специально предназначен для экспонирования картины А.А Иванова «Явление Христа народу (Явление Мессии)» (1837 — 1857). Был построен также переход между залами, расположенными по обе стороны от главной лестницы, что обеспечило непрерывность обзора. В результате этих перемен увеличилась экспозиционная площадь музея и началась работа над созданием новой концепции размещения произведений.
В 1936 году завершилось строительство нового двухэтажного корпуса с северной стороны основного здания — так называемого «щусевского корпуса», чьи просторные залы сначала использовались для выставок, а с 1940 года были включены в основной маршрут экспозиции.
Здание Галереи заметно пострадало от бомбежки во время Великой Отечественной войны (1941 — 1945): две фугасные бомбы, упавшие в результате налета немецкой авиации в нескольких местах разрушили стеклянное покрытие крыши, межэтажное перекрытие некоторых залов, пострадал главные ход. Восстановление Галереи началось уже в 1942 году и к 1944 году 40 из 52 залов были отремонтированы, что дало возможность вернуть экспонаты из эвакуации. В честь 100-летнего юбилея Третьяковской галереи, отмечавшегося в 1956 году, был достроен зал А. А. Иванова. К этому времени коллекция насчитывала более 35 000 произведений искусства.
К середине 1980-х годов возросшее количество посетителей, экскурсий, школьных кружков уже с трудом помещалось в залах музея. Вновь возникла необходимость расширения экспозиционной площади. Этим вопросом занялся Ю. К. Королев (1929 — 1992), в течение полутора десятилетий возглавлявший Третьяковскую галерею (1980 — 1992).
Строительные работы были начаты в 1983 году. Через два года был введен в строй депозитарий – хранилище произведений искусства, где также расположились реставрационные мастерские. В 1986 году началась реконструкция основного здания Третьяковской галереи (архитекторы И. М. Виноградский, Г. В. Астафьев, Б. А. Климов и другие), основанная на идее сохранения исторического облика здания. В 1989 году с южной стороны от основного здания был сооружен новый корпус, где разместились конференц-зал, информационно — вычислительный центр, детская студия и выставочные залы. В них в 1992 – 1994 годах проходила выставка шедевров из коллекции Галереи. В этом же здании была сосредоточена большая часть инженерных систем и служб, поэтому оно получило название Инженерный корпус.
