Il fut construit entre 1846 et 1849 à proximité de la promenade des Tilleuls par l'ingénieur bisontin Martin. Présentant une façade épurée, l'intérêt de ce monument réside surtout dans l’architecture de sa salle de spectacle : plan à l'italienne, avec loges d'avant-scène, machinerie, décor et rideau de scène, plafond rayonnant illustré de muses et de bacchantes.
Le , la salle et son décor sont classés au titre des monuments historiques et le , les façades et toitures sont inscrites au titre des monuments historiques[1]
Restauration
Après dix années de restauration, le théâtre à l'italienne de Gray a été inauguré au printemps 2006.