Fondé en 1969, le TNN a été inauguré le 19 mars 1970 avec une représentation de L’Avare de Molière, mise en scène par son premier directeur, Gabriel Monnet. Le premier bâtiment, un préfabriqué de 750 places conçu par le scénographe Igor Hilbert, a rapidement laissé place à une structure plus ambitieuse.
En 1989, sous l’impulsion de Jacques Weber, le théâtre s’installe dans un édifice octogonal en marbre de Carrare, conçu par l’architecte Yves Bayard. Ce bâtiment emblématique, situé sur la Promenade des Arts, abritait deux salles : la salle Pierre-Brasseur (963 places) et la salle Michel-Simon (318 places).
En janvier 2022, le bâtiment est fermé pour permettre l’extension de la Promenade du Paillon. Le TNN se réinvente alors en investissant de nouveaux lieux tout en conservant sa vocation artistique.