En 1646, les échevins de la ville de Lyon décident la construction d'un nouveau bâtiment, afin de remplacer l'ancien hôtel de ville situé rue de la Poulaillerie, dans l'immeuble de l'actuel musée de l'imprimerie. Les architectes lyonnais Simon Maupin et Girard Desargues construisent l'hôtel de ville entre 1646 et 1672 sur la place des Terreaux qui devient le centre administratif de Lyon.
En partie détruit en 1674 par un incendie, il est modifié au début du 18ème siècle par Jules Hardouin Mansart, architecte du palais de Versailles et du dôme des Invalides.

L'édifice est construit de 1646 à 1672 par l'architecte de la ville, Simon Maupin. La place des Terreaux devient alors le centre administratif de Lyon. L'édifice s'organise autour de deux cours, dont l'une est surélevée et de quatre pavillons d'angle avec un beffroi enserrant la cour d'honneur. L'intérieur richement orné en fait un modèle de décoration.
L'hôtel de ville est détruit en parti en 1674 par un incendie. Le roi fait appel à Jules Hardouin-Mansart pour dessiner les plans du nouvel Hôtel de Ville.
Très endommagé lors de la Révolution, il reste délabré jusqu'en 1827 où l'on décide la reconstruction de la façade. La statue équestre du roi Henri IV est réalisée à ce moment là, afin de remplacer la précédente statue de Louis XIV détruite pendant la Révolution. D'importants travaux sont ensuite réalisés en 1852.

L'édifice s'organise autour de deux cours, dont l'une est surélevée et de quatre pavillons d'angle avec un beffroi enserrant la cour d'honneur. L'intérieur richement orné en fait un modèle de décoration. Thomas Blanchet (1614-1689) y a réalisé l’un des plus beaux décors peints baroques de France vers 1655.