第1次世界大戦を契機として、大阪市の商工業は飛躍的な発展を遂げ、世界有数の商工業都市に成長したが、交通機関は路面電車とバスが中心で不十分であった。
そこで、大阪市は、1925年に4路線54.5kmからなる路線網を策定し、このうち1933年5月に我が国初の公営地下鉄が、第1号線（御堂筋線）梅田～心斎橋間3.1kmで開業した。

第2次世界大戦により工事は一時中断したが、その後は積極的に地下鉄整備が進められた。昭和30年代に入ると、社会経済活動の活発化に伴い輸送需要が増加し、特にモータリゼーションが激化した。
この状況のもとに地下鉄建設が強力に推進された結果、万国博覧会が開催された1970年には、都心を格子状に結ぶ6路線64.2kmの路線網が完成した。その後も市周辺部や府下への延伸が進められ、1987 年には99.1km の路線網となった。

1990年、「国際花と緑の博覧会」開催に合わせて、日本初のリニアモーター式地下鉄である第7号線（長堀鶴見緑地線）が京橋～鶴見緑地間で開業し、その後都心部へ延伸された。
2005年7月からは、大阪港トランスポートシステムのコスモスクエア～大阪港間の運営を一元的に担うこととなった。
2006年12月には、2路線目となるリニアモーター式地下鉄、第8号線（今里筋線）が井高野～今里間で開業した。この路線は既設の地下鉄4路線、京阪本線、JR学研都市線と接続しており、地下鉄ネットワークの利便性が大きく向上した。これにより、大阪市営地下鉄は8路線129.9km、123駅の規模となった。
2018年4月1日、経営形態を変更し、「大阪市高速電気軌道株式会社」（通称：Osaka Metro）として民営化された。
2025年1月には、2025大阪・関西万博の開催に向けて、大阪港トランスポートシステムの北港テクノポート線（コスモスクエア～夢洲間3.2km）が開業、第2種鉄道事業者として旅客輸送を行っている。
2023年度実績では1日平均約244万人の利用があり、大阪市の公共交通の中核としての役割を担っている。