В 60-е годы, когда Свердловск охватили массовые застройки новых районов, в связи с чем, стала остро ощущаться потребность во внеуличном виде транспорта, начался сбор сведений по технико-экономическому обоснованию строительства в городе метрополитена. Архитектурный облик будущего сооружения был разработан местным институтом «Уралгипротранс». Было принято решение о прокладке подземной трассы вдоль проспекта Космонавтов, вдоль которого проходила главная транспортная ветка, связывающая центр с северными районами города.

В августе 1980 года был вынут первый ковш грунта в районе будущей станции «Уральская». Первоначально намеченный срок пуска метро на 1987 год неоднократно срывался, по причинам экономического и организационного характера.

Торжественное открытие метро состоялось 26 апреля 1991 года. На следующий день началось регулярное движение четырехвагонных составов по первому пусковому участку, на котором функционировали три станции. первые поезда двигались по челночной схеме, по причине отсутствия оборотного тупика. В 1992 году была пущена в эксплуатацию еще одна станция, расположенная на железнодорожном вокзале, что привело к заметному увеличению пассажиропотока.

В настоящее время на действующей линии метро, протяженностью 9,5 км, функционируют 7 станций. В перспективе намечено построить еще две линии метро.