Die Familie Tretyakow erwarb 1851 ein Haus in der Lawruschinski-Gasse, obwohl die Geschichte dieses Besitzes bereits im späten 17. Jahrhundert beginnt. Bereits damals standen hier steinerne Paläste, die mehrfach umgebaut wurden, unter anderem im 18. Jahrhundert durch die Kologrivovs. In den Jahren 1835-1839 führten die Kaufleute Schestov eine weitere Rekonstruktion durch.

Pawel Michailowitsch Tretyakow kaufte 1856 die ersten Gemälde russischer Künstler: „Zusammenstoß mit finnischen Schmugglern“ von Wassili Chudjakow und „Die Versuchung“ von Nikolai Schilder, was den Beginn seiner berühmten Sammlung markierte. Mit der Zeit wurde der Platz für die wachsende Sammlung knapp, und 1872 baute er an die Südwestseite des Hauses einen zusätzlichen Flügel für die Galerie an. In den 1880er Jahren wurden nach den Plänen des Architekten A. S. Kaminski neue Gebäude errichtet, darunter ein Gebäude in der kleinen Tolmatsch-Gasse, sowie eine Umzäunung mit einem Haupteingang von der Lawruschinski-Gasse.

1892 übergab Tretyakow seine Sammlung an Moskau, die 1287 Gemälde, 518 Zeichnungen und 9 Skulpturen russischer Künstler des 18. und 19. Jahrhunderts sowie 75 Gemälde seines Bruders Sergej umfasste. Pawel Michailowitsch wurde zum lebenslangen Kurator der Galerie. Nach seinem Tod in den Jahren 1899-1900 wurde das Haus für die Bedürfnisse der Galerie umgebaut, und 1902 wurden die Gebäude in der Lawruschinski-Gasse mit einer neuen Fassade nach dem Entwurf von W. M. Wassnezow vereint, wodurch das bekannte Erscheinungsbild der Drittejakow-Galerie entstand.

1913 wurde I. E. Grabar Kurator der Galerie, der nach der Revolution deren Leiter wurde. In den 1920er und frühen 1930er Jahren wurden mehrere benachbarte Besitztümer, einschließlich der geschlossenen Kirche des Heiligen Nikolaus in Tolmatschi, zur Galerie hinzugefügt. 1936 wurde nach dem Entwurf von A. V. Schussew ein zusätzlicher zweigeschossiger Flügel erbaut, der bald Teil der ständigen Ausstellung wurde.

Während des Großen Vaterländischen Krieges wurden die Exponate der Galerie nach Nowosibirsk und Perm evakuiert, und das Gebäude wurde durch Luftangriffe beschädigt. Bis 1944 war ein Großteil der Säle wiederhergestellt.

In den Mitte der 1980er Jahre begann der Bau eines Depots und eines neuen Museumsgebäudes an der Ecke zur großen Tolmatsch-Gasse, das sich architektonisch als unglücklich erwies. Der Hauptbau wurde rekonstruiert, wobei das historische Erscheinungsbild erhalten blieb, und die Arbeiten wurden bis 1995 abgeschlossen. Zum Museumsensemble gehört die Kirche des heiligen Nikolaus von Tolmatschi, die zur Hauskirche-Museum wurde, in der das wundertätige Wladimir-Ikone der Gottesmutter aufbewahrt wird.

Heute umfasst die Sammlung der Galerie mehr als 170.000 Kunstwerke. Sie ist nicht nur eines der bekanntesten Museen der Welt, sondern auch ein großes wissenschaftliches und restauratorisches Zentrum.