Здание Большого Петровского театра просуществовало почти 30 лет. Но и его постигла все та же печальная участь: 11 марта 1853 года в театре вспыхнул пожар, который продолжался три дня и уничтожил все, что мог. Сгорели театральные машины, костюмы, музыкальные инструменты, ноты, декорации… Почти полностью было уничтожено и само здание, от которого остались только обгорелые каменные стены и колонны портика.
К конкурсу на восстановление театра были привлечены архитекторы Константин Тон, Александр Матвеев и главный архитектор Императорских театров Альберт Кавос. Победил проект Кавоса; театр был восстановлен за три года. В основном объём здания и планировка были сохранены, однако Кавос несколько увеличил высоту здания, изменил пропорции и полностью переработал архитектурный декор, оформив фасады в духе ранней эклектики. Взамен погибшей при пожаре алебастровой скульптуры Аполлона над входным портиком поставили бронзовую квадригу работы Петра Клодта. На фронтоне был установлен гипсовый двуглавый орёл – государственный герб Российской Империи. Театр открылся вновь 20 августа 1856 года.
Главное внимание театральный архитектор, разумеется, уделил зрительному залу и сценической части. Во второй половине XIX века Большой театр считался одним из лучших в мире по своим акустическим свойствам. И этим он был обязан мастерству Альберта Кавоса, спроектировавшего зрительный зал как огромный музыкальный инструмент. Деревянные панели из резонансной ели пошли на отделку стен, вместо железного потолка был сделан деревянный, и живописный плафон был сложен из деревянных щитов – в этом зале все работало на акустику, даже декор лож, выполненный из папье-маше. Ради улучшения акустики зала Кавос к тому же засыпал помещения под амфитеатром, где был размещен гардероб, а вешалки перенес на уровень партера.
Значительно расширилось пространство зрительного зала, что позволило сделать аванложи – маленькие гостиные, обставленные для приема визитеров из партера или лож, расположенных по соседству. Шестиярусный зал вмещал почти 2300 зрителей. С обеих сторон возле сцены располагались литерные ложи, предназначавшиеся для царской фамилии, министерства двора и дирекции театра. Парадная Царская ложа, немного выступающая в зал, стала его центром, противоположным сцене. Барьер Царской ложи поддерживали консоли в виде согнутых атлантов. Малиново-золотое великолепие поражало всех, кто входил в этот зал.
Люстра зрительного зала первоначально освещалась 300 масляными лампами. Чтобы зажечь масляные светильники, ее поднимали через отверстие в плафоне в специальное помещение.
На парадном подъемно-опускном занавесе был изображен «Въезд Минина и Пожарского в Москву». В 1896 году его заменили новым – «Видом на Москву с Воробьевых гор».
В 1886 году тыльная сторона здания была перестроена по проекту архитектора Э. К. Гернета.
Как и большинство зданий на Театральной площади, Большой театр был построен на сваях. Постепенно здание ветшало. Осушительные работы понизили уровень грунтовых вод. Верхняя часть свай сгнила, и это вызвало большую осадку здания. В 1895 и 1898 годах был произведен ремонт фундаментов, который на время помог приостановить происходящие разрушения.
В 1921 году специальная правительственная комиссия, обследовав здание театра, нашла его состояние катастрофическим. Были укреплены основания под кольцевыми стенами зрительного зала, восстановлены помещения гардеробов, перепланированы лестницы, созданы новые репетиционные залы и артистические уборные. В 1938 году была произведена и капитальная реконструкция сцены.
22 октября 1941 года в четыре часа дня в здание Большого театра попала бомба, произошли сильные разрушения. Но осенью 1943 года Большой театр возобновил свою деятельность постановкой оперы М. Глинки «Иван Сусанин».
Косметический ремонт в театре проводился ежегодно. Наконец в 1987 году постановлением Правительства страны было принято решение о необходимости срочной реконструкции Большого театра. В 2005 году Большой театр закрылся на реставрацию и реконструкцию. Реставрация и реконструкция основного здания Большого театра стала колоссальным проектом мирового уровня.
В 2010 году были восстановлены помещения анфилады зрительного зала: Главного вестибюля, Белого фойе, Хорового, Экспозиционного, Круглого и Бетховенского залов. Москвичи увидели отреставрированные фасады и обновленный символ Большого театра – знаменитую квадригу Аполлона, созданную скульптором Петром Клодтом.
Международные эксперты проводили многочисленные акустические исследования и строго следили за выполнением всех технических рекомендаций.
Под авансценой создано дополнительное пространство для оркестра. Увеличенная оркестровая яма стала одной из самых больших в мире и теперь может вместить до 130 музыкантов, что актуально для исполнения таких масштабных произведений, как, например, оперы Вагнера.