Con una superficie de 37.000 metros cuadrados es una de las mayores plazas de España. La plaza antes de la construcción de la Gran Vía se llamaba Plaza de San Marcial.

Cuando Felipe II trasladó la corte a Madrid la zona que ocupa hoy la plaza eran huertas que se regaban con agua del arroyo de Leganitos. Carlos III compró unos terrenos al lado de palacio para edificar el convento de San Gil; la obra la realizó el arquitecto Manuel Martín Rodríguez, pero nunca llegó a ser habitado por los monjes, porque la reina y sus damas de honor se opusieron porque rompía su intimidad.

José I trasladó allí a su guardia de Corps (cuartel de San Gil) y más tarde al cuartel se le añadió caballería y artillería, posteriormente pasando a ser el cuartel de San Marcial nombre que tomó la plaza que quedaba hasta su derribo en 1908-1909.

En 1915 se convocó un concurso para hacer un monumento a Cervantes. La propuesta de Martínez Zapatero y Coullant-Valera fue la ganadora, y el monumento, inaugurado en 1929, es el que hoy preside la plaza.

Durante la guerra civil la proximidad al frente hizo que se instalaran allí cañones, se cavaran trincheras y hasta quedó un trozo para huertas. La plaza quedó destrozada tras la guerra.  En 1950 empieza su gran desarrollo con la construcción de edificio España y luego la Torre de Madrid, durante mucho tiempo el edificio más alto del mundo construido de hormigón.

En 2017 se aprobó un proyecto para la renovación de la plaza; la elección fue participativa, votando 212.000 ciudadanos y obteniendo el proyecto ganador el 52 % de los votos.  La plaza, después de más dos años de obras y un presupuesto de 70 millones de euros, fue inaugurada en Noviembre de 2021, ofreciendo un nuevo espacio peatonal que conecta la Plaza de España, la Plaza de Oriente, los jardines Sabatini, el Campo del Moro, el templo de Debod, el Parque del Oeste, Madrid Río y la Casa de Campo facilitando la movilidad peatonal y en bicicleta sobre esta gran zona.