Телецентр проектировали ещё при Хрущёве. Планировалось, что он будет высотой 26 этажей, но был утверждён проект 13-этажного здания. Первоначально телецентр планировали разместить на Ленинских горах — самой высокой точке столицы. Однако по некоторым причинам телецентр обосновался на окраине Москвы, в живописном районе Останкино: там было вполне просторно для масштабного строительства. Команде первых строителей удалось построить вдвое больший телецентр, чем это первоначально задумывалось в Минсвязи.
Телецентр был построен в 1963—1967 годах одновременно с Останкинской башней, поднявшей передатчики телецентра до высоты 525 метров. Крупнейший в Европе вещательный комплекс уже более 40 лет представляет собой единую, круглосуточно действующую технологическую систему.