Odesos nacionalinis akademinis operos ir baleto teatras yra pirmasis teatras Odesoje ir Naujojoje Rusijoje pagal statybos laiką, reikšmę ir šlovę. Pirmasis pastatas buvo atidarytas 1810 m., o sudegė 1873 m. Modernų pastatą 1887 m. pastatė Vienos baroko stiliumi architektai Felneris ir Gelmeris. Auditorijos architektūra sukurta vėlyvojo prancūziško rokoko stiliaus. Unikali pasagos formos salės akustika leidžia perteikti net šnabždesį nuo scenos į bet kurį salės kampą. Pilnas teatro pastato restauravimas buvo baigtas 2007 m.
Teisę statyti teatrą Odesa gavo 1804 m., o 1809 m. jis jau buvo pastatytas. Šio projekto autorius buvo garsus prancūzų architektas Thomas de Thomon, daugelio Sankt Peterburgo pastatų autorius. Būtent šiame pastate A. S. Puškinas lankėsi viešėdamas Odesoje 1823–24 m. 1810 m. vasario 10 d. įvyko iškilmingas atidarymas. Pirmasis pasirodymas buvo Fröhlicho vieno veiksmo opera „Nauja šeima“ ir rusų trupės P. ​​Fortunatovo vodevilis „Paguodžiama našlė“.
Pastatas buvo šiek tiek aukščiau nei modernus teatras, arčiau Karališkųjų rūmų ir buvo suvokiamas kaip paminklas jaunam miestui. Pastato architektūra suprojektuota klasikiniu stiliumi, su korinto ordino portiku ir frontonu atsukta į tuometinio Anglijos klubo (dabar Ukrainos karinio jūrų laivyno muziejus) pastatą. Teatras talpino 800 žiūrovų, sekant senųjų Italijos teatrų pavyzdžiu, trijose aukštuose buvo įrengta 17 boksų, kioskuose buvo tik 44 sėdimos vietos. Dar 700 žiūrovų pasirodymus stebėjo stovėdami kioskuose.

Teatro pastato trūkumams ištaisyti buvo atliekamos pakartotinės rekonstrukcijos: 1820-1822, 1831-1833, 1836, 1857 ir 1872 m. Dėl šių rekonstrukcijų išilgai kolonų ašies atsirado akmeninė siena, kuri leido padidinti fojė erdvę. Rišeljė gatvės pusėje buvo įrengtas vieno aukšto akmeninis prieškambaris. Paskutinio pastato pertvarkymo darbai baigti 1872 m. gruodžio 31 d., o 1873 m. sausio 2 d. naktį teatras visiškai sudegė dėl naktį laikrodį apšviečiančio dujinio degiklio.
Nuo gaisro momento iki pirmojo akmens padėjimo naujojo teatro pastato pamatuose praėjo beveik vienuolika metų. Darbai buvo atlikti rangos būdu iš vietinių statybinių medžiagų (daugiausia populiaraus Odesos kalkakmenio – kriauklių uolienos). Naujasis teatras atidarytas 1887 m. spalio 1 d.

1925 metų kovą kilo gaisras, dėl kurio visiškai apdegė estrada, apgadinta salė. Per trumpą laiką teatras buvo atkurtas, o po metų atnaujintas pasirodymas. Scena gavo naują techninę įrangą, sumontuotos dvi gelžbetoninės užuolaidos, prireikus atimant sceną nuo žiūrovų salės ir tarnybinių patalpų.

Per Didįjį Tėvynės karą naciai planavo susprogdinti teatro pastatą besitraukiant, bet, laimei, tai neįvyko. Kaip liudija užrašas memorialinėje lentoje, būtent 1944 m. balandžio 10 d. teatro balkone buvo iškeltas Odesos miesto išvadavimo nuo nacių užpuolikų vėliava.

1926 m. teatrui suteiktas „Akademiko“ vardas. 2007 m. rugpjūčio 31 d. Ukrainos prezidento dekretu Nr. 807/2007 Odesos akademiniam operos ir baleto teatrui suteiktas „Nacionalinio“ statusas.
Odesos operos teatras pirmiausia garsėja savo architektūra, o savo išplanavimu ir techniniais duomenimis nenusileidžia geriausiems Europoje. Teatro pastatas vienu metu buvo laikomas vienu geriausių pasaulyje ir išlieka pagrindine miesto traukos vieta. Plane jį sudaro pasagos formos žiūrovų salė su ją supančiomis galerijomis, fojė ir stačiakampė scenos dalis su pagalbinėmis patalpomis. Išilgine pastato ašimi yra dviejų pakopų pagrindinio įėjimo portalas su aukšta mansarda, išilgai skersinės – trijų arkadų šoninių įėjimų galerijos. Išdėstymas yra radialinis - nuo centro išilgai spindulių įvairiomis kryptimis yra nutiesti praėjimai, vedantys į išėjimą. Laiptai, vedantys tiesiai į išėjimą iš teatro, taip pat turi pakopų. Pastatas dengtas metalinių santvarų sistema, cinkuota. Auditorijos danga primena elipsoido dalies paviršių, nupjautą plokštumos išilgai horizontalios ir vertikalios simetrijos ašių, ją vainikuoja apvalus žibintas su kupolu, užbaigtas žema smaile.
Teatro pastatas pastatytas Vienos „baroko“ stiliumi, kuris buvo pagrindinis Europos mene nuo XVI amžiaus pabaigos iki XVIII amžiaus vidurio. Išorėje pastatas struktūriškai susideda iš trijų aukštų (tai schematiškai parodyta paveikslėlyje dešinėje). Pirmasis (rūsys) ir antrasis aukštai, kukliai dekoruoti tik toskanos kolonomis lodžijose, sudaro vieną visumą ir atrodo sunkios bei esminės, suteikia pastatui statiškumo, stabilumo „amžiams“. Trečias aukštas lengvesnis, ažūrinis, su įmantriu detalių apdirbimu su arkinėmis lodžijomis, kolonomis ir joniškojo tvarka piliastrais – paslepia apatinių aukštų sunkumą ir sukuria orumo iliuziją. Papildomus efektus sukuria elegantiškas portikas ir kupolinis stogas. Dėl to pastatas tarsi „plūduriuoja“ virš žemės. Virš fasado iškilusi skulptūrinė grupė, vaizduojanti vieną iš mūzų – meno globėją Melpomenę. Ji sėdi vežime, kurį tempia keturios įsiutusios panteros, kurias ji pažaboja. Šiek tiek žemiau yra skulptūrinės grupės, taip pat vaizduojančios senovės mitologijos scenas. Kairėje – Orfėjas vaidina citharą kentaurui; dešinėje - Terpsichore (Melpomenės sesuo ir šokio mūza) šoka su mergina.
Ant portiko frontono romėniškais skaitmenimis nurodytos kelios datos:
• pirmoji eilutė - teatro statybos pradžios ir pabaigos datos (1884-1887);
• antroje eilutėje yra posakis „teatras degė“, reiškiantis 1925 m. gaisrą; tada 1967 metai ir žodis „rekonstrukcija“, reiškiantis tais metais teatro atkūrimą.

Žemiau, prie centrinio įėjimo, ant aukštų pjedestalų, yra dvi skulptūrinės grupės, reprezentuojančios Komediją ir Tragediją: kairėje Euripido tragedijos „Hipolitas“ fragmentas, dešinėje – epizodas iš Aristofano komedijos „Paukščiai“. Palei pastato frontoną viršutinio aukšto apvaliose nišose puikuojasi genialių rusų literatūros ir muzikos kūrėjų biustai: Puškinas, Glinka, Gribojedovas, Gogolis. F. Netali ir F. Friedlis dirbo prie skulptūrų, L. Strictius, vadovaujamas F. Etelio, darė tinkavimo darbus.
Teatro interjeras šventiškas ir elegantiškas. 1664 vietų žiūrovų salės architektūra sukurta vėlyvojo prancūziško „rokoko“ stiliaus. Jis prabangiai dekoruotas įvairiais tinko ornamentais su smulkiu paauksavimu. Lubų plafoną puošia keturi dailininko Leflerio paveikslai medalionų pavidalu. Juose vaizduojamos scenos iš Šekspyro kūrinių: „Hamletas“, „Vasarvidžio nakties sapnas“, „Žiemos pasaka“ ir „Kaip tau patinka“. Lubų centre yra didelis krištolinis sietynas. Salėje gausu įvairių tinkuotų dekoracijų (ypatingai grakščiai atliktas tinko lipdymas pakopose, šoniniuose vestibiuliuose ir palei laiptus, vedančius į namelius), šviestuvai, žvakidės, bronzinių baldų inkrustacijų ornamentai. Centrinė uždanga buvo pagaminta pagal garsaus teatro menininko Aleksandro Golovino eskizą.
2007 metų rudenį buvo baigta ilgai trukusi restauracija, kurios metu sutvirtinti pamatai (1800 polių pagalba), atlikta kompleksinė teatro techninių sistemų modernizacija (moderniausias oro kondicionierius, priešgaisrinė signalizacija ir įrengtos elektros energijos tiekimo sistemos, vidiniai mobilieji ryšiai, apsauga, vaizdo stebėjimas), pilnai restauruotas fasadas ir vidus (teatro apdailai panaudota apie 7,5 kg aukso lapų), sumontuota nauja užuolaida. Taip pat rekonstruota ir sutvarkyta Teatro aikštė, atkurtos žaliosios erdvės. Po restauracijos teatras buvo atidarytas 2007 m. rugsėjo 22 d.

Rekonstrukcijos kaina pagal Ukrainos ministrų kabineto sąmatą siekė 197 mln. grivinų (2004 m. kainomis, įskaitant statybos ir montavimo darbus – 12 mln. grivinų). Sąmatoje taip pat pateikti teatro techniniai duomenys po rekonstrukcijos: sėdimų vietų skaičius – 1636, žemės sklypo plotas po pastatu ir gretima teritorija – 2,96 ha, pastato plotas – 0,54 ha, bendra kubatūra. yra 102757,7 m³, bendras plotas 8123, 6 m².[11]
Teatro pastato fasadas žiūri į Lanzheronovskaya ir Rishelyevskaya gatvių sankryžą (Teatralnaja aikštę), iš užpakalinės teatro pusės atsiveria vaizdas į Čaikovskio gatvę (oficialus adresas: Čaikovskio g. 1). Jei stovite veidu į fasadą, tada kairėje už gyvenamojo pastato yra istorinė Palais Royal aikštė. Dešinėje – pievelė su muzikiniu fontanu ir Ukrainos karinio jūrų laivyno muziejaus pastatas.