L'hôtel de ville est construit entre 1872 et 1878, puis modifié de 1923 à 1926 après un incendie survenu en 1922. Il est situé dans un secteur traditionnellement voué à l'administration publique. Il occupe un vaste site entre la rue Notre-Dame et le champ de Mars, en face du château Ramezay. L'excavation commence en 1872 en lieu et place de jardins créés plusieurs décennies plus tôt pour la résidence et les bureaux montréalais des gouverneurs du Bas-Canada. La construction de l'édifice proprement dit débute en 1874 d'après les plans des architectes Alexander Cowper Hutchison et Henri-Maurice Perrault. L'inauguration a lieu le 11 mars 1878. Le Conseil municipal et la mairie, installés au marché Bonsecours depuis 1852, y emménagent à demeure.

Un incendie survenu en mars 1922 oblige la Ville à reconstruire l'édifice. Seuls les murs extérieurs sont conservés. Un étage de pierre est ajouté; les toits brisés sont construits différement. On confie le projet aux architectes de la Ville, Louis Parant d'abord puis L. J. D. Lafrenière, lesquels sont supervisés par une commission consultative d'architectes dirigée par Jean-Omer Marchand. C'est ce dernier qui propose le remplacement du sommet du pavillon central par un campanile plus élancé. Le chantier avance rondement dès 1923. L'inauguration de l'immeuble reconstruit a lieu le 15 février 1926. Quelques années plus tard, soit en 1932, l'édifice est agrandi à l'arrière vers le champ de Mars. L'architecte Siméon Brais est responsable des travaux qui se terminent en 1934.

À compter de 1990, des travaux majeurs de restauration et de mise en valeur sont réalisés. Une restauration importante a lieu de 1990 à 1992 à l'occasion du 350e anniversaire de Montréal, avec notamment des éléments de pierre taillée au niveau de l'étage de comble, à l’arrière. En 2000, un nouvel éclairage architectural est inauguré dans le cadre du Plan lumière du Vieux-Montréal. Enfin, les toits et les corniches en cuivre ainsi que des éléments d’ornementation font l’objet de travaux de restauration de 2008 à 2010.

Le monumental hôtel de ville est situé au coeur du secteur administratif traditionnel de Montréal, au sommet d'un « dos-d'âne » naturel, rue Notre-Dame. Le corps principal de bâtiment et la terrasse de l'adjonction de 1934 surplombent le champ de Mars. Grâce à cet emplacement, les façades en pierre grise de Montréal (calcaire) de l’édifice, ses toits en cuivre et son campanile sont visibles de loin, et ce malgré l’absence de réelle mise en perspective de la façade principale. L’édifice comprend un étage de soubassement, trois étages principaux – incluant le rez-de-chaussée surélevé – et un étage de comble surmonté par de hauts toits brisés et par un campanile.

La façade principale présente une composition symétrique en cinq parties verticales comprenant un avant-corps central et des pavillons d’angle. Ces divisions équilibrent les séparations horizontales créées par les différents types d’étages. Le haut comble, les cheminées et le campanile accentuent quant à eux la hauteur et la monumentalité de l’ensemble. La composition et le vocabulaire architectural appartiennent à la tradition classique et plus particulièrement à celle de la France, ce que confirment d’emblée les hauts toits brisés à la Mansart mais aussi, plus discrètement, certains éléments comme les nombreuses ouvertures segmentaires. L’emploi généralisé de colonnes et de pilastres jumelés dans les ordres superposés des deux étages principaux rappelle par ailleurs tout autant la Renaissance vénitienne. En outre, ces ordres sont traités librement. Deux courants distincts sont à l’origine de cette composition complexe. En premier lieu, l’architecture monumentale du Second Empire français transparaît dans les premiers étages, du moins telle qu’on la réinterprète alors en Angleterre et, de là, en Amérique du Nord. Les anglo-saxons expriment en effet un goût marqué pour l’inclusion d’éléments inspirés de la Renaissance italienne et pour une plus grande liberté de composition qu’en France . En second lieu, la partie supérieure rappelle directement la tradition française telle qu’on l’enseigne au tournant du XXe siècle aux beaux-arts de Paris. Tout compte fait, l’édifice témoigne surtout de la grande tradition académique française.

Le campanile et l'horloge soulignent de façon traditionnelle la fonction publique de l'hôtel de ville. Tandis que l’avant-corps central marque le caractère monumental de l'édifice, le balcon permet le contact avec la foule – le général de Gaulle y a lancé son « Vive le Québec libre » en 1967. L'avant-corps central de la façade arrière, muni de hautes baies en plein-cintre, annonce la salle du Conseil, coeur de la démocratie municipale, alors que les entrées des côtés donnent accès aux comptoirs destinés aux affaires courantes. L'importance de la fonction administrative municipale transparaît dès la construction d'origine dans les grandes dimensions de l'édifice et la quantité de fenêtres. On peut y voir le premier grand immeuble de bureaux de Montréal.

Éléments décoratifs significatifs extérieurs

Les armoiries de la Ville apparaissent dans la pierre au-dessus de la porte principale et à la base des deux grands lampadaires de l'entrée. En plus de la devise Concordia Salus –le salut par la concorde –, on y lit les mots « CORPORATION MONTREAL » dont les premières lettres sont reprises dans le monogramme CM qui orne les grilles de bronze des portes d'entrée en chêne et les marquises métalliques des entrées secondaires (1926). Des plaques de bronze encastrées et des plaques commémoratives rendent explicites la fonction de l'édifice et rappellent le passé des lieux.

Intérieur accessible au public

Un parcours monumental est proposé au visiteur : le grand escalier extérieur, le portique, le long vestibule, le hall d'honneur sur deux étages au centre de l'édifice et, enfin, la salle du Conseil. Cet axe principal est complété par un jeu d’axes secondaires et tertiaires, qui forment un plan hiérarchisé bien lisible, typique de l’enseignement des beaux-arts. L’axe qui traverse le hall d’honneur en son centre conduit par exemple vers les halls d'ascenseurs. On descend par ailleurs à l'étage des comptoirs de service par des escaliers situés près du vestibule; on peut aussi y accéder directement par la place Vauquelin ou la rue Gosford.

Lors de la reconstruction des années 1920, la fonction administrative prend de l’importance au détriment de l’apparat, mais on dote néanmoins l'édifice d'espaces publics intérieurs dignes de l’hôtel de ville d'une métropole. Fait de matériaux nobles, le hall d'honneur offre un décor à la fois sobre et digne pour les réceptions et les cérémonies publiques. Il comprend notamment des murs de marbre beige ponctués de pilastres en marbre d'Escalette (France) munis de chapiteaux corinthiens en bronze doré, des planchers à motifs de marbre rouge et de marbre vert (Campan, France), des garde-corps, des rampes, un grand lustre, des torchères et d’autres luminaires en bronze doré. Dans la salle du Conseil, le trône ou « fauteuil du maire », utilisé par le président d'assemblée, ainsi que les pupitres et la base des murs sont faits de noyer, de bois de teck, d'ébène et de palissandre. À l'étage inférieur, les comptoirs de service, plus modestes, sont néanmoins en marbre gris et munis d’ailerons à volutes classiques.

En plus de l'horloge en bois surmonté des armoiries de la Ville au-dessus de la porte de la salle du Conseil, on trouve à divers endroits les armoiries de la Ville et les inscriptions « Hôtel de ville » et « City Hall ». Dans la salle du conseil, cinq hautes verrières aux couleurs vives, de facture moderne, représentent divers visages de la ville des années 1920. Les corridors latéraux sont quant à eux ornés des portraits de tous les maires qui ont été en poste depuis la création de la corporation municipale.