Движение по первому участку Арбатско-Покровской линии московского метро было открыто 13 марта 1938 года между станциями "Площадь Революции" - "Курская". После "Площади Революции" поезда следовали к Киевскому вокзалу по участку, который в настоящее время входит в состав Филевской линии.
В 1941 году в результате попадания авиационной бомбы был разрушен тоннель мелкого заложения между станциями "Арбатская" и "Смоленская", после чего было решено заменить этот участок более глубоким. В 1944 году линия была продлена до станции "Измайловский парк культуры и отдыха имени Сталина" (впоследствии переименована в "Партизанскую"). В 1953 году было открыто движение по новому участку "Киевская" - "Площадь Революции", старые станции на несколько лет были законсервированы. В 1961 году Арбатско-Покровская линия была продлена до станции "Щелковская".
Продление Арбатско-Покровской линии в западном направлении от станции "Киевская" началось в 1988 году. Тогда планировалось, что в сторону Митина пройдет Митино-Бутовская хорда, а новая станция "Парк Победы" на Арбатско-Покровской линии будет конечной. Из-за нехватки средств активное строительство "Парка Победы" продолжилось только в 2000 году.
Открыта станция "Парк Победы" была 6 мая 2003 года, она стала самой глубокой станцией столичного метро (84 м). На поверхность с нее можно подняться за три минуты по самому длинному эскалатору московского метрополитена (126,8 м). Изначально были построены сразу два станционных зала для кросс-платформенной пересадки с Солнцевским радиусом Калининской линии. Торцы обеих залов украшены панно работы Зураба Церетели.
В 2005 году начались активные работы по продлению Арбатско-Покровской линии в район Строгино. Было решено использовать для этого участок Филевской линии от станции "Кунцевская" до станции "Крылатская" и удешевить строительство за счет совмещения тоннелей метро и автомобильного тоннеля под Серебряным бором.
7 января 2008 года было открыто движение от станции "Строгино" до станции "Парк Победы", при этом была реконструирована надземная станция "Кунцевская". Перегон между станциями "Крылатское" и "Строгино" (6625 м) стал самым длинным в московском метро. 7 сентября 2008 года на действующем перегоне между "Парком Победы" и "Кунцевской" была открыта станция "Славянский бульвар". Глубина ее залегания - 10 м.
26 декабря 2009 года были открыты еще три новые станции Арбатско-Покровской линии: "Мякинино", "Волоколамская" и "Митино". Надземная станция "Мякинино" стала первой станцией метро в Подмосковье, она была частично построена на деньги инвесторов расположенного неподалеку ТЦ "Крокус Сити". Между "Мякинино" и "Волоколамской" линия пересекает Москву-реку по новому Митинскому метромосту (общая длина - 439 м). Конечная станция западного радиуса Арбатско-Покровской линии - "Пятницкое шоссе" - была открыта 28 декабря 2012 года.
Планируется, что в августе 2014 года за "Пятницким шоссе" откроется электродепо "Митино".