Teateret ble åpnet4. november1737 på kongensnavnedag – med en oppførelse avDomenico SarrosAchille in Sciro, en opera basert på et stykke av den berømte poet og dramatiker som var kjent somMetastasio. Sarro fremførte også et orkesterstykke komponert av Grossatesta som to ballettmellomspill. På denne tiden var dette det største operahus i verden. Det tok da 3300 tilskuere.
Det nye teateret ble beundret for dets arkitektur, gulldekorasjoner og kostbare blå tapeter (blå og gull var de offisielle farver til Bourbonerne).
12. februar 1816 ble San Carlo ødelagt av en brann, men ble tegnet på nytt av arkitektenAntonio Niccolini og gjenoppbygget i løpet av ti måneder avkong Ferdinand I, sønn av Karl III.
Åpningsforestillingen var 12. januar 1817, medJohann Simon Mayrs forestillingIl sogno di Partenope.Stendhal var til stede den andre kvelden, og skrev: «Det er ikke noe lignende i hele Europa, jeg vil ikke si sammenlignet med dette teatret, men som gir den fjerneste ide om hva dette er ... det forbløffer øynene, det henrykker sjelen». Det ble bygget med som en tradisjonell hesteskoformet sal med 1 444 seter, og det buete taket er 33,5 meter bredt og 30 meter høyt. Scenen er 34, 5 dyp.
I 1844 ble teateret redekorert under ledelse av Niccolini hvor interiøret fikk dagens utsmykning i rødt og gull. Bortsett fra byggingen av dagens orkestergrop, foreslått avVerdi i 1872, installasjonen av det elektriske anlegget i 1890, og avløsningen av den store, sentrale kandelaberen, samt en ny publikumsfoajé og garderobefløy, sto teateret uendret fram det det ble skadet av bomber underandre verdenskrig i 1943. Men teateret ble hurtig gjenoppbygget og reparert, og åpnet etter seks måneder 16. desember 1953.
I årene 2008-2010 har teateret gjennomgått en total rehabilitering. Publikumsområdene og salen ble restaurert og utvidet i 2008-2009. Det ble gjort omfattende arbeider under ledelse av arkitekten Elisabetta Fabbri. Fra 2009 og seks måneder framover har selve sceneområdet blitt betydelig modernisert med nye sceneheier etc. Sommeren 2010 ble fasadene pusset opp, som det siste delen av restaureringsprosjektet. Teateret tar idag ca. 1400 tilskuere.