Основан (как Пермский городской театр) в 1870 году. Каменное здание театра было возведено в 1874–1880 годах, а современный вид приобрело после капитальной перестройки 1957–1959 годов. Имя Петра Чайковского носит с 1965 года.
На протяжении последних десятилетий принадлежит к числу самых известных оперно-балетных коллективов страны. В 1996–2010 годах художественным руководителем театра был известный режиссер Георгий Исакян (ныне худрук московского Театра имени Сац). В 2011 году художественное руководство театром было поручено дирижеру Теодору Курентзису, с именем которого связан заметный рост международного престижа самой Пермской оперы, оркестра и хора musicAeterna, а также ежегодного Дягилевского фестиваля. Летом 2019 года Теодор Курентзис оставил свой пост в Перми.
Генеральный директор театра с августа 2019 года — Андрей Борисов (ранее, с 2017 года, занимавший должность исполнительного директора).