El proyecto inicial, de 1883, fue obra de los arquitectos Eduardo Adaro y Severiano Sainz de la Lastra; aunque el aspecto final del edificio poco tiene que ver con el proyecto original. El rey Alfonso XII inauguró la obra el 4 de julio de 1884 y la misma se terminó en 1891.

Treinta años después el arquitecto José Yamoz Larrasa realizó la primera ampliación, que incluyó la construcción de una cámara acorazada de 2.500 m² cuyo blindaje fue construido en Nueva York.

La segunda ampliación se realizó siguiendo el mismo proyecto de Yamoz Larrasa y tuvo lugar entre 1969 y 1975.

El tercera y más reciente remodelación del edificio del Banco de España se llevó a cabo por Rafael Moneo en 2006.