Здание Анатомического театра было одним из первых сооружений, построенных для Московских Высших женских курсов (МВЖК), которые во второй половине XIX века предоставляли женщинам единственную возможность получить высшее образование. Однако лишь в 1915-1916 учебном году курсы получили право проводить выпускные экзамены и выдавать дипломы о высшем образовании.

Курсы, возглавляемые профессором В.И. Герье, начали свою работу 1 ноября 1872 года и первоначально располагались на Волхонке в 1-й мужской гимназии. Собственные здания МВЖК появились только после утверждения в 1906 году Устава, который ввел факультетскую структуру: историко-филологический, физико-математический и медицинский факультеты. Московская Городская Дума выделила участок земли, и 3 июня 1907 года началась закладка учебных зданий на Малой Царицынской (ныне Малая Пироговская) улице. В 1907-1908 годах были построены физико-химический корпус (ныне Московская академия тонкой химической технологии) и Анатомический театр (ныне Российский государственный медицинский университет имени Н.И. Пирогова и судебно-медицинский морг № 2). Строительством Анатомического театра руководил известный московский архитектор Сергей Устинович Соловьев. Здесь проводились публичные лекции по анатомии и судебной медицине с демонстрационными вскрытиями.

Первоначально здание имело три этажа и состояло из основного цилиндрического объема с пристроенным небольшим прямоугольным строением. В центре цилиндрической части находилась лекционная аудитория, а в других помещениях, секционные залы, морг, библиотека и кабинеты для исследований и преподавания.

В последующие годы Анатомический театр неоднократно реконструировался и расширялся. В советское время к старому зданию с ротондой, выходящей в Хользунов (бывший Трубецкой) переулок, была добавлена пристройка, хорошо видимая со двора. На портике можно увидеть цифры года окончания этой постройки, "МСМХХХVI", автором которой был архитектор Н.И. Транквиллицкий. В 1990-х годах здесь соседствовали морг и чебуречная, что стало поводом для множества шуток.

Необходимость расширения здания была вызвана увеличением числа кафедр медицинского факультета, что требовало дополнительных помещений для учебного процесса. Однако на фасаде здания до сих пор можно разглядеть старую надпись с буквами «i» и «ъ», «Анатомическiй театръ».

Анатомический театр является выявленным объектом культурного наследия.